Brevet FR2403320A1 — publié le 19790413

La présente invention concerne un procédé d'isolement d'éthylène et de propylène très purs à partir d'un mélange gazeux qui est un produit désessencié issu de la pyrolyse de charges hydrocarbonées. L'éthylène et le propylène très purs ainsi obtenus trouvent de larges applications dans l'industrie chimique et dans la pétroléochimie. On connais déåà des procédés d'isolement d'éthylène et de propylène très purs à partir d'un mélange gazeux qui est un produit désessencié issu de la pyrolyse de charges hydrocarbonées et qui est constitué dthydrogène, de méthane, d'éthylène, d'éthane, d'hydrocarbures acétyléniques, de propylène, de propane et de traces d'hydrocarbures saturés en C4.Ces procédés consistent à effectuer une purification dudit mélange gazeux en vue de le débarrasser des hydrocarbures acétyléniques par hydrogénation, à refroidir ensuite jusqu'à une basse température le mélange gazeux débarrassé des hydrocarbures acétyléniques pour obtenir en définitive séparément un produit de condensation et un mélange gazeux d'hydrogène et de méthane, à séparer ledit mélange d'hydrogène et de méthane, à déméthaniser ledit produit de condensation par rectification pour obtenir un culot (résidu de bouilleur) qui est constitué d'éthylène, d'éthane, de propylène, de propane et d'hydrocarbures saturés en 04. On isole par rectification à partir dudit culot la coupe éthane-éthylène que l'on sépare ensuite dans une autre colonne de rectification, en éthane et en éthylène très purs.On envoie le culot (le résidu de bouilleur) de la colonne éthane-éthylène (déséthaniseur) dans une autre colonne de'rectification oU l'on isole le propylène très pur. Un inconvénient des procédés connus tient à leur industrialisation compliquée, ce qui exige des utilités importantes. le but de la présente invention est d'éliminer l'inconvénient susdit. On s'est donc proposé de résoudre le problème suivant: dans un procédé d'isolement d'éthylène et de propylène très purs, à partir d'un mélange gazeux, modifier le mode d'industrialisation et notamment, le génie chimique du procédé de manière à réduire les utilités, c'est-8-dire la consommation d'énergie et les frais d'exploitation nécessaires.Pour résoudre ce problème, nous proposons un procédé d'isolement de l'éthylène et du propylène très purs à partir d'un mélange gazeux qui est un produit désessencié résultant de la pyrolyse d'une charge hydrocarbonée et constitué d'hydrogène, de méthane, d'éthylène, d'éthane, d'hydrocarbures acétyléniques, de propylène, de propane et de traces d'hydrocarbures saturés en C4, ledit procédé comprenant l'élimination des hydrocarbures acétyléniques par hydrogénation dudit mélange gazeux, le refroidissement à basse température du mélange gazeux débarrassé des hydrocarbures acétyléniques pour obtenir séparément: un produit de condensation et un mélange gazeux d'hydrogène et de méthane, la séparation dudit mélange d'hydrogène et de méthane, la déméthanation dudit produit de condensation par rectification, pour obtenir un culot constitué d'éthylène, d'éthane, de propylène, de propane et d'hydrocarbures saturés en C+, et suivant l'invention, ôn isole du culot,-par rectification, l'éthylène très pur, on isole du culot, par rectification, l'éthane et ensuite on isole par rec- tification du même culot, le propylène très pur, la séparation de l'éthylène, de l'éthane et du propylène étant réalisée dans des colonnes de rectification séparées. Afin d'utiliser dans le serpentin de la colonne de rectification destinée à l'isolement de l'éthylène, un agent caloporteur peu onéreux, à savoir l'eau chaude, et de réduire ainsi les frais d'énergie il est recommandé de réaliser l'isolement de l'éthylène à une température de 52 à 600C dans le bouilleur de la colonne de rectification. Le procédé suivant l'invention permet d'isoler l'éthylène et le propylène à des températures supérieures à zéro et ne demande pas la mise en oeuvre de pompes de chaleur (compresseurs) ce-qui simplifie le schéma technologique et réduit les coûts énergétiques (l'économie de froid pour le refroidissement de l'éthylène est de 1,5 à 2 millions de kilocalories par heure et celle de froid pour le refroidissement du propylène est de 0,7 à 1 million de kilocalories par heure) ainsi que les frais d'exploitation. le procédé permet d'obtenir l'éthylène et le propylène avec un taux de pureté allant jusqu'à 99,9o en volume. ie procédé d'isolement d'éthylène et de propylène très purs suivant l'invention sera mieux compris à la lecture du dessin annexé représentant le schéma du procédé. Suivant ce schéma on admet le mélange gazeux initial qui est un produit désessencié issu de la pyrolyse d'une charge d'hydrocarbures (notamment le produit désessencié de la pyrolyse d'une essence ou de gaz liquéfiés tels que: l'éthane, le propane, le butane, leurs mélanges, etc; la température de la pyrolyse est de 790 à 850 C) et constitué d'hydrogène, de méthane, d'éthylène, d'éthane, d'hydrocarbures acétyléniques, de propylène, de propane et de traces d'hydrocarbures saturés en 04, par une conduite 1, sous une pression de 34 à 37 atmosphères absolues (bars) dans un réacteur à colonne 2 contenant un catalyseur d'hydrogénation (par exemple du platine sur alumine). Dans le réacteur 2 on effectue la purification du mélange gazeux visant à le débarrasser des hydrocarbures acétyléniques (na,ent de l'acEtyldnet du méthylacétylène, de l'allène3 par hydrogenation. A titre d'agent d'hydrogénation on utilise l'hydrogène qui entre dans la composition du mélange gazeux. On admet le mélange gazeux débarrassé des hydrocarbures acétyléniques par une conduite 3, dans une unité 4 de refroidissement à basse température qui est un système de réfrigérants et de séparateurs alternés (non représentés sur le plan). Dans l'unité 4 le mélange gazeux admis se sépare en un produit condensé et en un mélange gazeux hydrogène-méthane.On envoie ledit mélange hydrogène-méthane, par une conduite 5, dans une unité 6 constituée d'un système d'échangeurs, de chaleur à parcours multiples et de séparateurs alternés. Dans l'unité 6 l'hydrogène et le méthane se séparent. l'hydrogène est évacué de l'unité 6 par une conduite 7 et le méthane par une conduite 8. Le produit condensé indiqué ci-dessus est admis par une conduite 9 dans une colonne de rectification (le déméthaniseur) 10 d'où l'on évacue le méthane par le haut de la colonne et on envoie ce dernier par une conduite 11 pour être mélangé avec le méthane transporté par la conduite 8. Le culot obtenu après l'isolement du méthane, constitué d'éthylène, d'éthane, de propylène, de propane et d'hydrocarbures saturés en 04 est envoyé par une conduite 12 dans une colonne de rectification 13, la pression étant réduite de 34-37 à 18-21 atmosphères absolues. On évacue du haut de la colonne 13, par une conduite 14, l'éthylène très pur que l'on envoie vers une unité de stockage pour une consommation ultérieure. La colonne de rectification 13 est munie d'un déphlegmateur 15 dans lequel on envoie, par une conduite 16, à titre d'agent frigorigène, du propylène liquide qui s'évapore à une température de 37 C. Le bouilleur de la colonne 13 est muni d'un serpentin 17 dans lequel on envoie, par une conduite 18, à titre d'agent caloporteur, de l'eau chaude à une température de 80 à 10000. On envoie le culot de la colonne 13, par une conduite 19, dans une colonne de rectification 20 en réduisant la pression de 18-21 à 15-18 atmosphères absolues. On évacue l'éthane en haut de la colonne 20 par une conduite 21. La colonne de rectification 20 est munie d'un déphlegmateur 22 dans lequel on introduit par une conduite 23, à titre d'agent réfrigérant, du propylène liquide qui s'évapore à une température de -18 à -2O0C. Le bouilleur de la colonne 20 est muni d'un serpentin 24 dans lequel on fait arriver par une conduite 25, à titre d'agent caloporteur, de la vapeur d'eau sous une pression de 2 à 3 atmosphères absolues. On envoie le culot de la colonne 20, par une conduite 26, dans une colonne de rectification 27 en réduisant la pression de 15-18 à 12-15 atmosphères absolues. On évacue le propylène très pur en haut de la colonne 27 par une colonne 28 et on le dirige vers le stockage en vue d'une consommation ultérieure.La colonne de rectification 27 est munie d'un déphlegmateur 29 dans lequel on fait arriver par une conduite 30, à titre d'agent frigorigène du propylène liquide qui s'évapore à une température de 6 à 100C. Le bouilleur de la colonne 27 est muni d'un serpentin 31 dans lequel on introduit par une conduite 32, à titre d'agent caloporteur, des vapeurs de propylène, com- primées dans un compresseur (non représenté sur le schéma)à à une pression de 20 à 22 atmosphères absolues ou de la vapeur d'eau sous une pression de 2 à 3 atmosphères absolues (dans ce dernier cas le compresseur est inutile). On évacue un culot de la colonne 27, constitué de propane avec du propylène et d'hydrocarbures saturés en C4 comme impuretés, par une conduite 33, vers un poste de stockage non représenté. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple concret de sa réalisation conforme au schéma technologique qui a été décrit dans ce qui précède. Exemple Pour obtenir le mélange gazeux initial on soumet une essence de distillation (passant avant 1800C) à une pyrolyse à une température de 7900C, On chasse par distillation du produit de pyrolyse obtenu les fractions d'essence en C5011 et ensuite la fraction d'hydrocarbures en 04. On traite le mélange gazeux ainsi obtenu suivant le schéma technologique de principe indiqué précédemment. Le bilan matière relatif aux courants circulant par les conduites appropriées du schéma technologique susdit est indiqué au tableau 1. Les caractéristiques des régimes de marche des colonnes de rectification sont résumées au tableau 2. TABLEAU 1 Numéros des conduites 1 3 7 8 12 14 19 21 26 28 33 Constituants % pds. % pds. % pds. % pds. % pds. % pds. % pds. % pds. % pds. % pds. %pds. Hydrogène 1,57 1,53 89,5 3,71 - - - - - - Méthane 22,59 23,19 10,5 95,39 - - - - - - Ethylène 34,20 34,39 - 0,9 45,0 99,91 0,59 2,39 - - Acétylène 0,39 - - - - - - - - - Ethane 10,02 10,16 - - 13,2 0,09 23,80 96,32 0,02 0,028 Propylène 29,38 29,26 - - 40,0 - 72,35 1,29 95,64 99,916 11,50 Méthylacétylène + allène 0,31 - - - - - - - - - Propane 1,15 1,18 - - 1,42 - 2,56 - 3,41 0,056 69,25 Hydrocarbures saturés en C4 0,29 0,29 - - 0,38 - 0,70 - 0,93 - 19,25 Total: 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 TABLEAU 2 Caractéristiques Numéros des colonnes de rectification des régimes 10 13 20 27 Température d'admission, C -50 à -90 -3 à -5 35-40 50-55 Température du haut, C -74 à -95 -29 à -30 -14 à -16 32-36 Température du bouilleur, C 10-12 52-60 65-70 65-70 Pression, atmosphères absolues 34-37 18-20 15-17 12-16 Rapport de reflux, minimal, Rmin 0,3 2,87 2,22 7,13 Rapport de reflux de marche, Rmarche 0,8 4,02 3,33 10,0 Nombro minimal de plateaux 10,22 28,2 15,66 70,65 Nombre total de plateaux 14,86 45,4 27,6 124,8 Nombre de plateaux dans la partie haute de la colonne 3,1 25,45 8,31 57,0 REVENDICA2IONS 1.- Procédé d'isolement d'éthylène et de propylène très purs à partir d'un mélange gazeux qui est un produit désessencié issu de la pyrolyse d'une charge hydrocarbonée et qui est constitué d'hydrogène, de méthane, d'éthylène, d'éthane, d'hydrocarbures acétyléniques, de propylène, de propane et de traces d'hydrocarbures saturés en C4, comprenant une purification dudit mélange gazeux visant à le débarrasser des hydrocarbures acétyléniques par hydrogénation, un refroidissement à basse température du mélange gazeux purifié des hydrocarbures acétyléniques pour obtenir séparément un produit de condensation et un mélange gazeux d'hydrogène et de méthane, une séparation dudit mélange d'hydrogène et de méthane, une déméthanation dudit produit de condensation par rectification pour obtenir un culot constitué d'éthylène, d'éthane de propylène, de propane et d'hydrocarbures saturés en C4, caractérisé en ce qu on isole par -rectification à partir du culot obtenu, de l'éthylène très pur, et ensuite on isole par rectification du culot formé, de l'éthane, et enfin du culot résultant, on isole par rectification du propylène très pur, l'isolement de l'éthylène, de l'éthane et du propylène étant réalisé dans des colonnes de rectification séparées. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise l'isolement de l'éthylène par rectification à une température du bouilleur de la colonne de rectification de 52 à 6O0C.