Brevet FR2126330A1 — publié le 19721006

i 2126330 La présente invention se rapporte à un procédé et un appareil de régulation d'un système de traitement en cascade et plus particulièrement dans un système qui reçoit un matériau qu'il débite par des postes, possédant une certaine capacité 5 d'emmagasinage, connectés en série. Jusqu'à présent, les opérations dans les différents postes d'un système en cascade, comme les séparateurs d'acides d'une installation d'alkylation, ont été réglées séparément par prélèvement ou appoint, comme expliqué ci-après. Lorsque le 10 débit de l'acide quittant l'installation d'alkylation ou pénétrant dans celle-ci est modifié, l'équilibre des quantités d'acide intervenant dans l'installation d'alkylation est rompu et un nouvel état d'équilibre n'est atteint que 8 à 12 heures après la modif ication. 15 L'appareil suivant l'invention permet d'assurer un temps de réponse plus bref pour ls régulation de l'équilibre acide, de même que dans tout autre système en cascade, par découplage mutuel des effets de chaque stade de manière que l'acide frais pénètre dans le système en conformité avec les variations de 20 l'acide quittant le système, ou vice versa, et avec les variations du niveau d'acide dans chaque séparateur. Suivant l'un de ses aspects, la présente invention a pour objet un appareil qui comprend deux dispositifs de régulation pour la quantité de matériau entrant dans le systè-25 me et quittant ce dernier. Des circuits mesurent les paramètres d'emmagasinage des postes et les paramètres du mouvement du matériau entre les postes et émettent des signaux correspondants. Des dispositifs de commande sont connectés entre les postes de manière à modifier les paramètres d'emmagasinage à chaque poste en confor-30 mité avec des signaux de commande. Un générateur de signaux envoie un signal, lorsque cela est nécessaire, à l'un des dispositifs de régulation pour modifier la quantité de matériau pénétrant dans le système ou quittant ce dernier. Un réseau envoie un signal à l'autre dispositif de régulation en conformité avec le signal 35 provenant du générateur de signaux et avec les signaux représentatifs des paramètres d'emmagasinage mesurés par les circuits de détection et envoie des signaux de commande aux dispositifs de commande en conformité avec le signal provenant du générateur de signaux et avec les signaux représentatifs aes paramètres d'emma-40 gasinage et des paramètres de mouvement mesurés : COpy t £. U00-/0 ZlZOJDU de détection, en vue de contrôler les paramètres d'emmagasinage des postes. L'invention a également pour objet un procédé pour la régulation dans un système en cascade, dans lequel le 5 débit d'admission et le débit de soutirage du matériau peuvent être modifiés suivant les nécessités. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description plus détaillée ci-après, faite avec référence au dessin annexé, qui illustre une forme de 10 réalisation de l'invention donnée à titre d'exemple uniquement. La figure du dessin annexé est un schéma simplifié d'un système de régulation conforme à la présente invention permettant de contrôler les débits de l'acide dans une installation d'alkylation, qui est également représentée de façon schématique. 15 La figure représente donc partiellement une installation d'alkylation dans laquelle une oléfine est mise à réagir avec une paraffine en présence d'un catalyseur, comme de l'acide sulfurique ou de l'acide fluorhydrique, pour la formation d'une isoparaffine de poids moléculaire plus élevé. Les réactifs 20 peuvent être le butylène et 1'isobutane, le propylène et 1'isobutane ou le butylène, le propylène et 1'isobutane. L'oléfine d'alimentation pénètre par la conduite 6 dans un réacteur de contact 4 dans lequel elle est mise au contact d'un acide pénétrant par la conduite 7. Un mélange d'acide 25 et d'hydrocarbures quitte le réacteur 4 par la conduite 8 et parvient à un séparateur d'acide 12. Dans ce séparateur 12, la fonction d'hydrocarbures est isolée de l'acide et est soutirée par la conduite 14, alors que l'acide est soutiré par la conduite 16. Une pompe 28 envoie l'acide de la conduite 16 dans la conduite 7. 30 Une partie de l'acide de la conduite 7 est prélevée par la conduite 21. De l'acide frais est amené dans la conduite 16 par la conduite 17 en vue de remplacer l'acide prélevé. Un robinet 23 impose le débit de l'acide frais dans la conduite 17 en 35 conformité avec un signal provenant d'un régulateur-enregistreur de débit classique 24. Le signal émis par le régulateur 24 correspond à la différence entre le débit réel, déterminé à partir du signal émis par l'instrument 25 qui mesure le débit de l'acide frais dans la conduite 17, et le débit voulu déterminé par la 40 valeur de consigne appliquée au régulateur-enregistreur 24. 72 06058 3 2126330 Le débit de l'acide dans la conduite 21 est mesuré par un instrument 30, qui envoie un signal- correspondant à un régulateur-enregistreur de débit 33 auquel est appliquée une valeur de consigne. Cette valeur de consigne correspond au débit 5 voulu pour l'acide dans la conduite 21. Le régulateur-enregistreur 33 envoie un signal qui correspond à la différence entre le débit réel et le débit voulu et qui commande un robinet 34 en vue de l'ajustement du débit réel de l'acide dans la conduite 21 au débit voulu. 10 L'oléfine d'alimentation de la conduite 6 par vient également dans les réacteurs de contact 4A et 4B. Les postes désignés par un numéro suivi d'un suffixe sont connectés et fonctionnent de la même manière que les postes désignés par le même numéro sans suffixe. Il convient cependant de noter que l'a-15 cide prélevé par la conduite 21 constitue l'acide frais pour la partie du système dont les postes sont désignés par une référence comportant le suffixe A. De même, l'acide prélevé par la conduite 21A constitue l'acide frais pour la partie du système dont les postes sont désignés par une référence comportant le suffixe B. 20 L'acide soutiré par la conduite 21B peut être évacué comme déchet ou être amené à une autre installation d'alkylation. L'acide sédimente au fond.de chaque séparateur, tandis que les hydrocarbures constituent la phase supérieure. Le niveau de l'acide détermine la qualité de l'hydrocarbure produit 25 et celle de l'acide quittant ce séparateur, de sorte qu'il est important de maintenir le niveau d'acide dans chaque séparateur à une valeur prédéterminée. Comme on l'a déjà indiqué, jusqu'à présent les installations d'alkylation ont été exploitées par prélèvement ou 30 appoint. Dans la technique avec prélèvement, le niveau de l'acide dans le séparateur sert à imposer le débit de l'acide quittant ce séparateur. Par exemple, lorsque le niveau de l'acide dans le séparateur baisse, un signal est engendré et fait diminuer le débit d'acide soutiré. Du fait que la quantité d'acide pénétrant 35 dans le séparateur est supérieure à celle quittant le séparateur, le niveau de l'acide s'élève de manière correspondante jusqu'à la valeur voulue. De même, lorsque le niveau' de l'acide est trop élevé, le débit de soutirage de l'acide est augmenté jusqu'à ce que la valeur voulue soit rétablie. 40 Dans la technique avec apport, le niveau de 72 06058 2126330 l'acide sert à imposer la quantité d'acide pénétrant dans le séparateur. Par exemple, lorsque le niveau de l'acide dans le séparateur est trop bas, le débit de l'acide frais est augmenté afin que le niveau de l'acide s'élève. De même, lorsque le niveau de 5 l'acide est trop élevé, le débit de l'acide pénétrant dans le séparateur est diminué jusqu'à ce que le niveau convenable soit rétabli. La difficulté que suscitent de tels systèmes de régulation ressort de l'examen du débit de soutirage de l'aci-10 de dan-s la conduite 21B et de l'effet de ce débit sur le niveau de l'acide dans les séparateurs 12, 12A et 12B. Lorsqu'on augmente le débit de soutirage de l'acide par la conduite 21B dans les systèmes de régulation précités, le niveau de l'acide dans le séparateur 12B baisse, étant donné que le débit de l'acide péné-15 trant dans le sous-système réacteur-séparateur désigné par le suffixe B n'est pas augmenté pendant que le niveau de l'acide baisse. L'augmentation du débit de l'acide provoque une baisse de niveau de l'acide dans le séparateur 12A. Le processus se répète- jusqu'à ce que le niveau de l'acide dans le séparateur 12 20 baisse également, ce qui se traduit finalement par une augmentation du débit d'acide frais. Cependant, le système à acide de l'installation se trouve à ce moment dans un état de flux où il demeure jusqu'à ce que tous les niveaux d'acide aient repris la valeur voulue et que le débit d'acide frais corresponde sensible-25 ment au débit de sôutiragè.de l'acide. Le délai pour que le système reprenne l'état de régime est normalement de 8 à 12 heures. Le système de régulation suivant l'invention permet de contrôler efficacement le débit d'acide frais dans la conduite 17 en conformité avec une modification du débit de soutirage de l'acide 30 dans la conduite 21B et des modifications du niveau de 1'acide dans les séparateurs 12, 12A et 12B pour assurer une réponse à une variation dans le débit de soutirage de l'acide. Les instruments 40, 40A et 40B pour la mesure des niveaux transmettent respectivement des signaux représenta-35 tifs des niveaux dans les séparateurs 12, 12A et 12B, à des régulateurs-enregistreurs de niveau 42, 42A et 42B. Les régulateurs-enregistreurs de niveau 42, 42A et 42B émettent des signaux E2, ^2A ^2B corresP°nc'an't respectivement aux différences entre les niveaux réels et les niveaux voulus de l'acide dans les sépara-40 teurs 12, 12A et 12B. 'à 72 06058 5 2126330 Le régulateur-enregistreur de débit 33B reçoit un signal E-^ continu d'amplitude variable émis par un générateur de signaux 37, qui détermine le point consigne du régulateur-en-registreur 33B de manière correspondante. Une variation d'amplitu-5 de du signal E-^ provoque une variation correspondante du point de consigne dans le régulateur-enregistreur de débit 33B. Ce dernier commande le robinet 30B et modifie de manière correspondante le débit de l'acide dans la conduite 21B. L'additionneur 43 ajoute le signal E2B' 10 par le régulateur-enregistreur de niveau 42B, au signal E^ et envoie un signal de commande E^ au régulateur-enregistreur de débit 33A et à l'additionneur 44. Le signal fixe le point de consigne du régulateur-enregistreur de débit 33A pour contrôler le débit de l'acide quittant le séparateur 12 et parvenant au 15 séparateur 12A, de manière à influencer les niveaux de 1'acide dans les séparateurs 12A et 12B. L'additionneur 44 ajoute le signal E^ au signal E^ émis par le régulateur-enregistreur de niveau 42A et envoie un signal de commande E^ au régulateur-enregistreur de débit 33 et à l'additionneur 45. Le signal E^ fixe 20 le point de consigne du régulateur-enregistreur de débit 33 pour contrôler lè débit de l'acide quittant le séparateur 12 et parvenant au séparateur 12A de manière à influencer les niveaux de l'acide dans les séparateurs 12 et 12A. L'additionneur 45 ajoute le signal de commande E^ au signal E^ émis par le régulateur-25 enregistreur de niveau 42 et envoie un signal E^ au régulateur-enregistreur de débit 24 pour fixer le point.de consigne de ce dernier de manière à influencer le niveau de 1' acide dans le séparateur 12 et le débit de l'acide frais dans la conduite 17 alimentant le système. 30 Lorsque l'acide se trouve au niveau approprié dans les séparateurs 12, 12A et 12B, les signaux E^ à E^q sont nuls, de sorte que les signaux E^, E^ et Eg sont sensiblement égaux au signal E^. Les débits de l'acide par les conduites 17, 21 et 21A sont donc sensiblement égaux au débit de soutirage de 35 l'acide. Dans le cas idéal, les niveaux de l'acide dans les séparateurs 12, 12A et 12B ne varient pas. Le cas idéal étant rare, les signaux d'erreur de niveau E2, E2^ et E^q émis par les régulateurs-enregistreurs de niveau 42, 42A et 42B permettent de compenser toute variation du niveau de l'acide. 40 A titre d'exemple, en considère le cas où le te. uOv/Jo niveau de l'acide dans le séparateur 12B augmente d'une certaine valeur, tandis que le niveau de l'acide dans les séparateurs 12 et 12A diminue plus faiblement lorsque le débit de soutirage de l'acide dans la conduite 21B est modifié. Il est évident que le 5 débit de l'acide entre les séparateurs 12A et 12B augmente, tandis que les débits de l'acide qui pénètre dans le séparateur 12 et entre les séparateurs 12 et 12A augmentent aussi, mais dans une moindre mesure. Le signal E2g émis par le régulateur-enregistreur de niveau 42B augmente dans le sens négatif, cependant que les 10 signaux E2 et émis respectivement par les régulateurs-enregistreurs de niveau 42 et 42A, augmentent dans le sens positif. L'additionneur 43 émet un signal E^ qui, en l'occurence, correspond à la différence entre les signaux E-^ et puisque E2g est négatif, et qui parvient alors au régulateur-enregistreur 33A. 15 Celui-ci diminue efficacement le débit de l'acide pénétrant dans le séparateur 12B en provenance du séparateur 12A en tenant compte du débit de soutirage de l'acide, de manière que le niveau de l'acide dans le séparateur 12B baisse jusqu'à la valeur convenabl«-A ce moment, le signal E2g est nul et le débit de l'acide pénétrant 20 dans le séparateur 12B en provenance du séparateur 12A est égal au débit de soutirage de l'acide. Entre-temps, le signal E2^, qui est positif, est ajouté au signal E4 par l'additionneur 44 qui envoie un signal E^ au régulateur-enregistreur 33. Celui-ci commande le 25 robinet 34 de manière à augmenter le débit de l'acide pénétrant dans le séparateur 12A en provenance du séparateur 12, afin de faire monter le niveau de l'acide dans le séparateur 12A. Lorsque les niveaux d'acide dans les séparateurs 12A et 12B sont convenables, le débit de l'acide pénétrant dans le séparateur 12A en 30 provenance du séparateur 12 est égal au débit de soutirage de 1'acide. Initialement, le signal Eg est égal à la somme des signaux E-^, E2 et £2^ diminuée du signal E2g. Lorsque le niveau de l'acide dans les séparateurs 12, 12A et 12B est 35 convenable, les signaux E2, E2^ et lî^g s'annulent de sorte que les signaux E^ et E^ deviennent égaux et que le nouveau débit d'acide frais est égal au nouveau débit de soutirage de l'acide. Il peut être avantageux de compenser l'effet dit de "dilatation". La dilatation a lieu lorsque le débit dans 40 l'une des conduites, par exemple la consulte 21B, est légèrement 4 72 06058 126330 supérieur à celui dans la conduite correspondante immédiatement précédents, par exemple la conduite 21A, tandis que le niveau d'acide dans le séparateur correspondant, comme le séparateur 12B, reste constant.A titre d'exemple, on suppose que les débits de 5 l'acide dans les conduites 17, 21, 21A et 21B sont respectivement de 3180 litres par heure, 3195 litres par heure, 3227 litres par heure et 3275 litres par heure, pour des niveaux constants de l'acide dans les séparateurs 12, 12A et 12B. Les facteurs de compensation sont ceux indiqués ci-après : 10 v- 3180 litres/heure _ n QQ1-Rl=- 3195 litres/heure ~ u'vv v - 3195 litres/heure _ n QQn K2~ 3227 litres/heure ~ u,yyu ,r y - 3227 litres/heure _ n QR[- 15 K3~ 3275 litres/heure ~ 0)985 Les signaux E-^, et E^ doivent être multipliés par des tensions continues correspondant respectivement aux facteurs Kg, Kg et Kp à l'aide de multiplicateurs classiques et 20 les signaux résultants sont envoyés respectivement aux additionneurs 43, 44 et 45. Les signaux E^ et E^ sont également envoyés respectivement aux régulateurs-enregistreurs de débit 33A et 33. Le système de régulation suivant l'invention n'est pas limité à l'équilibre de l'acide dans les installations 25 d'alkylation. Il convient également pour tout système dans lequel des postes disposés en cascade ont certaines caractéristiques d'emmagasinage. A titre d'exemple, l'eau quittant une centrale nucléaire peut passer à travers une série de bassins de refroidissement avant d'être rejetée dans une eau courante. La régulation 30 du niveau dans les bassins de refroidissement et du débit de l'eau à la sortie des réacteurs peut être réalisée à l'aide d'un système du type décrit ici. L'appareil suivant l'invention, tel qu'il a été décrit, réduit le temps requis pour atteindre un état stable dans un 35 système en cascade après une modification de la quantité de matériau pénétrant dans le système ou quittant ce dernier. Le paramètre d'emmagasinage à chaque poste du système en cascade est maintenu par régulation en conformité avec une variation imposée au système et avec toute variation des paramètres d'emmagasinage 40 des autres postes. L'appareil suivant l'invention permet de 72 06058 8 2126350 découpler l'effet de cascade du niveau de l'acide dans les postes d'une installation dSlkylation de manière à assurer une réponse plus rapide à une variation de la quantité d'acide pénétrant dans le système ou quittant ce dernier. Bien que divers modes et détails de réalisation aient été décrits pour illustrer l'invention, il va de soi que celle-ci est susceptible de nombreuses variantes- et modifications sans sortir de son cadre. 72 06058 9 2126330 REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation d'un système recevant un matériau qu'il débite par divers postes, montés en série, ayant une certaine capacité d'emmagasinage, la quantité de matériau 5 entrant dans le système ou quittant ce dernier pouvant varier, caractérisé en ce qu'on mesure les variations des paramètres d'emmagasinage à chaque poste, on mesure les paramètres du-mouvement du matériau entre les postes, on règle le mouvement du ma-■ tériau entre les postes en fonction d'au moins l'un des paramètres 10 de mouvement du matériau et d'une variation d'au moins l'un des paramètres d'emmagasinage mesurés lors d'une variation de la quantité de matière pénétrant dans le système ou quittant ce dernier et on règle la quantité de matériau soutirée du système ou pénétrant dans le système en conformité avec la variation de 15 la quantité de matériau entrant dans le système ou soutirée de ce dernier et avec la variation mesurée d'au moins l'un des paramètres d'emmagasinage. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de matériau soutirée du système peut 20 être modifiée à volonté, la régulation étant réalisée en réglant le débit du matériau quittant chaque poste, à l'exception du dernier, en conformité avec au moins un débit mesuré entre deux postes, avec la variation de débit de soutirage du matériau du système avec une variation mesurée du niveau du matériau dans au 25 moins un des postes et en réglant la quantité de matériau péné- . trant dans le système en conformité avec la variation du débit de soutirage du matériau du système et avec une variation mesurée du niveau du matériau dans au moins un des postes. 3. Procédé suivant la revendication 1, carac-30 térisé en ce que la quantité de matière pénétrant dans le système peut être modifiée à volonté, la régulation étant réalisée en réglant le débit du matériau pénétrant dans chaque poste, à l'exception du premier, en conformité avec au moins un débit mesuré entre deux postes, avec la variation de la quantité de matériau 35 pénétrant dans le système et avec une variation mesurée du niveau du matériau dans au moins un des postes et en réglant le débit de soutirage du matériau du système en conformité avec la variation de la quantité de matériau pénétrant dans le système et avec une variation mesurée du niveau du matériau dans au moins un des 40 postes. ubupo 4. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le matériau est un acide, les postes sont des séparateurs d'acide dans une installation d'alkylation, le paramètre d'emmagasinage est le niveau d'acide dans les sépara- 5 teurs d'acide et le paramètre de mouvement du matériau est le débit de l'acide entre les séparateurs. 5. Appareil pour la régulation d'un système qui reçoit un matériau qu'il débite par divers postes, montés en série, ayant une certaine capacité d'emmagasinage caractérisé en 10 ce qu'il comprend deux dispositifs de régulation pour la quantité de matériau admise dans le système et quittant ce dernier, des dispositifs pour mesurer les variations des paramètres d' emmagasinage des postes et émettre des signaux correspondants, des dispositifs pour mesurer les paramètres de mouvement du matériau entre 15 les postes et émettre des signaux correspondants, un dispositif, relié à l'un des dispositifs de régulation pour envoyer un signal a ce dernier afin de modifier la quantité de matériau admise au système ou soutirée de ce dernier, et un circuit relié à l'autre dispositif de régulation, aux dispositifs de mesure des paramètres 20 d'emmagasinage, aux dispositifs de mesure des paramètres de mouvement et à un générateur de signaux, ce circuit transmettant un signal de commande a l'autre dispositif de régulation en conformité avec les signaux représentatifs des paramètres d'emmagasinage et avec le signal issu du générateur et comprenant également un 25 générateur qui émet des signaux de commande en conformité avec le signal du premier générateur et avec les signaux représentatifs des paramètres d'emmagasinage et de mouvement mesurés, ainsi qu'un dispositif relié au circuit et aux postes pour l'ajustement du paramètre d'emmagasinage des postes en conformité avec les signaux 30 de commande. 6. Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le matériau est un acide, le système est un système faisant intervenir un acide dans une installation d'alkylation, les postes sont les séparateurs d'acide, dont l'un est le 35 > premier séparateur d'acide recevant l'acide et un autre est le dernier séparateur d'acide d'où est «soutiré..!-'acide, les dispositifs de mesure des paramètres d'emmagasinage sont des dispositifs de mesure du niveau de l'acide dans les séparateurs et les dispositifs de mesure des paramètres de mouvement sont des dispo-40 sitifs de mesure du débit de l'acide. 72 06058 2126350 7. Appareil suivant la revendication 6, carac térisé en ce que les dispositifs de mesure des paramètres d'einaa gasinage et des paramètres de mouvement comprennent des instruments de mesure du niveau, qui sont connectés chacun à un sépara 5 teur d'acide différent et au circuit pour émettre un signal correspondant à la variation du niveau de l'acide dans le sépara teur par rapport à un niveau déterminé au préalable, et des instruments de mesure du débit, qui mesurent chacun le débit de l'acide provenant d'un séparateur différent vers le séparateur 10 suivant pour transmettre un signal correspondant au circuit. 8. Appareil suivant la revendication 7, carac térisé en ce que l'un des dispositifs de régulation impose la quantité d'acide soutirée du système (ou pénétrant dans ce systè me), cependant que l'autre dispositif de régulation impose la 15 quantité d'acide pénétrant dans le système (ou soutirée de ce dernier), le circuit comprend plusieurs circuits additionneurs montés en série en un nombre correspondant au nombre des séparateurs, un premier de ces circuits étant relié au premier générateur de signaux, à un dispositif régulateur reliant l'avant-der-20 nier (ou s-econd) séparateur d'acide et le dernier (ou premier) séparateur d'acide et à un instrument de mesure du niveau de l'acide dans le dernier (ou le premier) séparateur d'acide, de manière à ajouter le signal de niveau de l'acide émis par l'instrument de mesure au signal émis par le premièr générateur de 25 signaux et à envoyer un signal de commande au dispositif régulateur de façon à imposer le débit de l'acide passant de l'avant dernier (ou second) séparateur d'acide au dernier (ou premier) séparateur d'acide ; un dernier circuit étant relié à un instrument de mesure du niveau de l'acide dans le premier (ou le der-30 nier) séparateur d'acide et à l'autre dispositif de régulation de manière à ajouter le signal émis par le dernier instrument de mesure indiqué au signal de commande émis par un réseau adjacent pour envoyer un signal de commande à l'autre dispositif de régulation et imposer ainsi la quantité d'acide pénétrant dans le 35 système (ou soutiré du système) et chacun des circuits restants étant relié à un instrument pour la mesure du niveau de l'acide dans un séparateur d'acide correspondant, ainsi qu'à un dispositif régulateur correspondant qui ajoute le signal de niveau mesu ré à un signal de commande émis par un circuit- adjacent pour 40 envoyer an autre signal de commande à un dispositif régulateur 72 06058 2126350 qui contrôle la quantité d'acide pénétrant dans le séparateur d'acide correspondant. 9. Appareil suivant l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que chaque dispositif régulateur comprend 5 un robinet permettant d'ajuster le débit de l'acide, un instrument pour la mesure du débit de l'acide fourni par le robinet et émettant un signal correspondant et un régulateur-enregistreur de débit à point de consigne ajustable permettant de commander le robinet en conformité avec le signal émis par l'instrument du 10 dispositif régulateur et avec le point de consigne, de manière à ajuster le débit de l'acide, le point de consigne du régulateur-enregistreur de débit du dispositif de régulation étant ajusté par le signal émis par le premier générateur de signaux, tandis que le point de consigne du régulateur-enregistreur de débit de 15 l'autre dispositif de régulation est ajusté par un signal de commande provenant du circuit.