Brevet FR2388580A1 — publié le 19781124

L'invention concerne un procédé et un dispositif de contrôle d'une distillation extractive, en particulier unzdispositif de contrôle de l'apport de chaleur a une colonne de distillation extractive. Il est connu que la distillation extractive permet la séparation de composés de polarité ou de polarisabilité différente, en particulier la séparation d'hydrocarbures de degrés de saturation en hydrogene différents. On peut, par exemple, séparer un ou plusieurs hydrocarbures aromatiques, par exemple-le benzène ou le toluène, ou dioléfiniques, par exemple le butadiène ou l'isoprenet dthydro- carbures saturés ou monooléfiniques ayant des points d'ébullition voisins- #t difficilement séparables par distillation simple Pour réaliser cette opération on introduit un solvant polaire dans une colonne de distillation, au-dessus du point d'introduction de la charge a fractionner.On recueille, en fond de colonne, une solution (extrait) des composés les plus insaturés dans ledit solvant polaire et, en tête de colonne, les vapeurs des composés les plus saturés (raffinat). Une distillation ou réextraction de 11 extrait permet de séparer les composés insaturés du solvant polaire. Dans ce procédé connu, l'efficacité de la separation n'est pas toujours aussi grande qu'on le #souhaite et plusieurs perfectionnements ont été apportes à cette technique, par exemple ceux faisant l'objet du brevet français 2 176 488 et de la demande de brevet français 77/07 242 du 8 mars 1977. Une autre difficulté des procédés de distillation extractive réside dans le mode de contrôle thermique de la colonne. Si lton veut en effet maintenir un fonctionnement régulier de la colonne, il faut pouvoir corriger, de préférence automatiquement, les modifications de fonctionnement résultant des changements inévitables qui se produisent dans la composition, le débit et la température des fluides introduits et déchargés ou dues a des variations de la température ambiante. Une technique déja utilisée consiste a fournir la chaleur a la colonne, usuellement# au rebouilleur, en réponse aux variations de température mesurées en fond de colonne ou sur le conduit d'evacuation de l'extrait. Il a toutefois été constate que cette technique manquait de précision et ne permettait pas d'éviter des variations notables dans la composition des effluents.Par exemple, quand on sépare le benzène d'hydrocarbures saturés1-- une hausse de température de 1 0C en fond de colonne peut résulter en la présence d'environ 10 % a 20 % en poids de benzène dans le raffinat, au lieu d'une teneur d'environ 1 % en cas de réglage correct Ceci entraine évidemment une baisse notable du rendement de la distillation. L'invention a pour objet un nouveau procédé de contrôle thermique d'une distillation extractive, procède grâce auquel l'apport de chaleur a la colonne peut être contrôlé de manière. plus efficace que selon la technique connue. Ce procédé consiste a mesurer la température régnant en au moins un point de la colonne situé au-dessus du point d'introduction de la charge et audessous du point d'introduction du solvant polaire et â régler l'apport de chaleur a la colonne, par exemple au rebouilleur, en fonction des variations de température observées en ce point :en cas d'élévation de la temperature, on réduit ou supprime l'apport de chaleur et, inversement, en cas d'abaissement de la température, on accroît ou déclenche l'apport de chaleur. Selon un mode de réalisation préféré, le point de mesure de la tempé raure se trouve a une distance verticale de 0, D a 0,9 D, de manière encore plus préférée de 0,3 D â 0,7 D, du point d'injection du solvant, D étant la distance verticale séparant le point d'injection de la charge du point d'injection du solvent, cmetee a partir de ce dernier point. Dans cet intervalle, il existe une position optimale du point de mesure qui dépend essentiellement du taux de solvant et du taux de reflux que l'on impose pour satisfaire les spécifications de pureté et de rendement des produits a partir d'une charge donnée.La colonne est de préférence du type a plateaux, mais tout autre dispositif connu permettant de réaliser un fractionnement efficace pourrait être utilisé. Le contrôle décrit ci-dessus présente un intérêt particulier dans le cas de mise en oeuvre de la technique décrite au brevet français 2 176 488 ou a la demande de brevet français 77/07 242 car, dans ce cas, on peut obtenir un taux de fractionnement particulièrement élevé. Les instruments de contrôle et de régulation sont de type usuel et n'ont pas a être décrits ici. Ils peuvent appartenir a tous les types connus, par exemple électriques, électroniques, pneumatiques, hydrauliques et/ou mécaniques. Le mode d'apport de chaleur a la colonne est conventionnel, par exemple chauffage a la vapeur, a l'eau chaude, par gaz chaud, électrique, ou par combustion. Cet apport peut être effectué au rebouilleur, aux fluides pénétrant dans la colonne ou de toute autre manière connue. On peut utiliser simultanément plusieurs de ces moyens d'apport de chaleur, le contrôle requis par l'invention pouvant porter sur un seul ou sur plusieurs de ces moyens.On peut, et ceci constitue un mode opératoire préféré, introduire la charge (gazeuse ou liquide) et le solvant préchauffé a une température voisine de celle régnant dans la colonne, au point d' introduction et ne faire varier l'apport de chaleur qu'au niveau du rebouilleur Toute autre combinaison de moyens peut être utilisée. L'invention n'est pas limitée a l'emploi d'un ou plusieurs solvants stables particuliers mais est, au contraire, d'application très générale. Parmi les solvants connus, a titre de simple illustration, on peut mentionner des alcools, glycols, éthers de-glycols, amides, sulfoxydes et sulfones, par exemple le dimétnylformamide, le diméthylacétamide, le diméthylsulfoxyde, le sulfolane, le diéthylèneglycol et son éther monomethylique, la N-methylpyrrolidone. La quantité de solvant à utiliser est conventionnelle, par exemple 1 a 10 fois le volume de la charge liquide. Grâce a la nouvelle technique de l'invention, une hausse de température de i OC au point de mesure défini ci-dessus se traduit par une élévation de la teneur en benzène du raffinat, bien plus faible que précédemment, d'environ 0,2 à 0,5 % seulement dans la majorité des cas. L'invention est illustrée par la figure jointe, donnée a titre d'exemple. La charge est introduite par la conduite 1 dans la colonne 2, par exemple une colonne à plateaux. Le solvant- est admis par la conduite 3. Les vapeurs sont envoyées par la conduite 4 au condenseur 5. Le condensat est soutiré par la ligne 6 ; une partie peut être renvoyée comme reflux dans la colonne, par la ligne 7. L'effluent soutiré du fond de colonne est envoyé au rebouilleur 8. Du rebouilleur, l'effluent vapeur retourne la colonne 2 par la ligne 15 et l'effluent liquide est envoyé dans la colonne 10 par la ligne 9. En queue de colonne 10, on recueille le solvant que l'on renvoie par la ligne 3 a la colonne 2 ; les vapeurs de tête passent dans la conduite 14 puis dans le condenseur 12. Le condensat est soutiré par la ligne 11, une partie pouvant toutefois être renvoyée comme reflux par la ligne 13.Un dispositif électrique 16 de mesure de la température régnant dans la colonne commande la vanne automatique 17 placée sur le circuit de vapeur 18. Selon un perfectionnement à cette technique, destine à limiter au maximum les pertes en solvant, utilisable en particulier lorsque la charge est formée d'hydrocarbures et que le solvant ne forme pas d'azeotropes avec lteau, on introduit de l'eau liquide ou vapeur en un point de la colonne situé au-dessus du point d'introduction du solvant, par exemple par la conduite 19, dans des conditions telles que cette eau se trouve quasi entièrement vaporisée et sorte à l'état de vapeur par la conduite 4. Elle se trouve condensée dans le condenseur 5. Un séparateur (non représenté) permet de la séparer du raffinat. Elle peut être rejetée ou recyclée par la conduite 19. EXEMPLE Une charge hydrocarbonée constituée par un effluent de steam-cracking hydrogéné puis étêté et équeuté demanière à éliminer les constituants plus volatils que l'hexane et moins volatils que l'heptane, ayant une teneur en benzène de 75 % en poids, est soumise à une distillation extractive au moyen de diméthylformamide comme solvant. e Cette charge est introduite, apres préchauffage #à 70 OCI sur le 35e plateau (en partant du sommet) d'une colonne 2 de distillation comprenant au total 70 plateaux. Le débit d'alimentation est de 8,2 kg/heure. Sur le 9e plateau, on introduit par la ligne 3 du diméthylformamide préchauffé a 60 OC, à raison de 25,9 kg/heure. Entre le 25e et le 26e plateau on mesure la température au moyen d'une sonde 16 qui est reliée à un régulateur 17 auquel on a assigné une température de consigne de 100 OC. Ce régulateur agit sur le circuit de chauffage 18 de manière à ce qu'au niveau de la sonde 16 la température dans la colonne soit aussi proche que possible de 100 OC. En tête de colonne ou la température s'établit a 80 OCI on évacue par la conduite 4 le distillat vapeur ayant une teneur en benzène de 1 % en poids, le reste étant constitué essentiellement par les hydrocarbures non aromatiques de la charge Après condensation par le condenseur 5, 30 % de ce distillat sont évacués du système et 70 % sont réinjectes en tête de colonne en tant que reflux. Du bouilleur 8 ou la température stetablit a 120 OC, on soutire un mélange constitue essentiellement par du diméthylformamide et du benzène, a 19,2 % e en poids de benzène. Ce mélange est envoyé par la ligne 9, sur le 30 plateau (à partir du haut) de la colonne 10 qui comporte 50 plateaux. Le distillat de cette colonne qui sort en 14, est condensé en 12 ; une partie de ce distillat est ren voyée en reflux (conduite 13) avec un taux de reflux de 1,5, l'autre partie constitue la production de benzene pur (conduite 11) L'analyse chromatographique du benzène obtenu ne révèle qu'une teneur inférieure à 200 ppm en poids d' impu- retes non aromatiques. Le diméthylformamide, pratiquement exempt de benzène, est soutiré du fond de la colonne 10 et réinfecté par la ligne 3 dans la colonne 2. On constate que si la température s'élève de 1 4C au niveau de la sonde 16, la teneur en benzène du distillat de tête passe de 1 % à 1,2 %, occassionnant une perte additionnelle en benzène de 0,06 %. A titre de comparaison, si la sonde de température 16 est plaçée en fond de colonne, une élévation de température de 1 OC fait passer la teneur en benzène du distillat de 1 % à 15 %, occasionnant une perte additionnelle en benzène de 5 %. REVENDICATIONS 1. - Procédé de contrôle d'une distillation extractive #comprenant les étapes sui vantes a) On introduit une charge de composes àséparer en un point intermédiaire d'une première colonne de distillation. b) On introduit un solvant en un point plus élevé de ladite colonne c) On maintient la colonne dans des conditions de distillation extractive et on règle l'apport de chaleur a la colonne en réponse aux variations de température mesurées en au moins un point de la colonne situe entre le niveau d' introducuon de la charge et le niveau d'introduction du solvant. d) On soutire un effluent de tête contenant au moins un des composés de la charge et un effluent de fond contenant du solvant et au moins un autre composé de la charge. e) On introduit l'effluent de fond dans une seconde colonne de distillation et l'on sépare un distillat contenant au moins un composé de la charge et une fraction de fond contenant du solvant. 2. - Procédé selon la revendication 1, dans lequel le point de mesure de la tempe rature se trouve a une distance verticale de 0,1-à 0,9 D du point d'intro duction du solvant, mesurée en direction -du point d1 introduction de la charge, D étant la distance verticale séparant le niveau d'introduction de la charge au niveau d'introduction du solvant. 3. - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le réglage d'ap port de chaleur est effectué sur le rebouilleur. 4. - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le réglage d'ap port de chaleur est effectué par contrôle de la température du solvant. 5. - Procédé selon'une des revendications 1 et 2, dans lequel le réglage d'ap port de chaleur est effectué par contrôle de la température de la charge 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel on effectue une injection d'eau liquide en un point de la colonne situé au-dessus du point d'injection du solvant, dans des conditions opératoires telles que cette eau se trouve pratiquement entièrement vaporisée et sorte en tête à l'-êtat de vapeur 7. - Procédé selon l'une des revendications I à 5, dans lequel on introduit de la vapeur d'eau en un point de la colonne situé au-dessus du point d'injection du solvant, dans des conditions opératoires telles que cette vapeur d'eau sorte en tête a l'état de vapeur. 8. - Dispositif comprenant en combinaison une première colonne de fractionnement, une seconde colonne de fractionnement, des moyens pour introduire une charge d'alimentation en un point intermédiaire de la première colonne, des moyens pour introduire un solvant en un point plus élevé que le précédent, des moyens pour décharger un produit de tête, des moyens pour décharger un produit de fond, des moyens de mesure de la température disposés à un niveau situé entre les niveaux respectifs des moyens d'introduction de la charge et des moyens d'introduction du solvant, des moyens de contrôle pour contrôler la quantité de chaleur fournie à la première colonne de fractionnement en fonc tion de la température mesurée ci-dessus, des moyens d'introduction dudit produit de fond de la première colonne dans la seconde colonne, des moyens pour décharger un produit de tête de la seconde colonne et des moyens pour décharger un produit de fond de la seconde colonne. 9 - Dispositif selon la revendication 8, comprenant en outre des moyens pour introduire de l'eau liquide ou vapeur dans la première colonne, en un point plus élevé que le point d'introduction du solvant.