Brevet FR2520355A2 — publié le 19830729

FR 2520355 A2 19830729 FR 8201018 A 19820122 La présente addition a essentiellement pour objet un procédé perfectionné de production d'éthylène purifié à partir d'un condensat d'hydrocarbures enrichi en hydrocarbures à deux atomes de carbone (C2) provenant du craquage de naphta et/ou de gazole. Elle vise également une installation de production d'éthylène purifié pour la mise en oeuvre de ce procédé. On a décrit au brevet principal un procédé et une installation perfectionnés de production d'éthylène purifié consistant à fractionner un condensat d'hydrocarbures enrichi en hydrocarbures à deux atomes de carbone (C2) dans une unité de récupération d'éthylène comprehant urepremière colonne de fractionnement dite à basse pression alimentée avec ledit condensat dthydrocarbures et une seconde colonne de fractionnement dite à haute pression alimentée avec au moins une partie d'une fraction liquide intermédiaire entre la fraction de tête et la fraction de fond de ladite première colonne de fractionnement.Pour diminuer la consommation d'énergie de cette installation, on condense au moins partiellement la fraction de tete de la seconde colonne de fractionnement par un échange de chaleur avec au moins une partie du flux de rebouillage de la première colonne. Il est également précisé dans le brevet principal le domaine des températures et pressions de fonctionnement des première et seconde colonnes de fractionnement, ainsi que les valeurs de la concentration éthylène et le débit dufhdded1alimentation L de la seconde colonne de fractionnement. Ces différentes valeurs correspondent au fonctionnement de l'unité de production d'éthylène alimentée avec un condensat d'hydrocarbures enrichi en hydrocarbures à deux atomes de carbone obtenu à partir du craquage d'éthane. De ce fait, la teneur en éthylène de l'alimentation D est d'environ 60 % en poids. Toutefois, on s'est aperçu qutil était possible de réduire encore la consommation d'énergie d'une unité de production d'éthylène si la concentration pondérale enéthylène dans le condensat d'hydrocarbures constituant l'alimentation D de l'unité de production d'éthylène est plus élevée, et notamment égale à environ 82 ,' dans le cas où le condensat d'hydrocarbures est obtenu à partir du craquage c# denaphta ei/cu de gazole. En effet, la quantité d'éthane à traiter est diminuée de moitié pour une tonne d'éthylène produit. La présente addition a pour but de procurer un perfectionnement au procédé et à l'installation du brevet principal pour produire de l'éthylène à partir d'un mélange d'hydrocarbures à teneur élevée en éthylène, c'est-à-dire quand la quantité d'éthane associée à l'éthylène est faible, et notamment lors dela production d'éthylène à partir d'un condensat d'hydrocarbures provenant par exemple du craquage de naphta et/ou de gazole. A cet effet, la présente addition a pour objet un procédé de fabrication d'éthylène du type décrit au brevet principal et consistant à alimenter avec un condensat d'hydrocarbures enrichi en hydrocarbures à deux atomes de carbone (C2) par exemple obtenu à partir du craquage de naphta et/ou de gazole, une première colonne de fractionnement dite "à basse pression", après avoir refroidi ledit condensat, à alimenter une seconde colonne de fractionnement dite "à haute pression" avec au moins une partie d'une fraction liquide intermédiaire entre la fraction de tête et la fraction de fond de la première colonne, et à condenser au moins partiellement la fraction de tête de ladite seconde colonne par échange de chaleur avec au moins une partie du flux de rebouillage de ladite première colonne, caractérisé en ce que ladite fraction liquide intermédiaire d'alimenr tation de la seconde colonne de fractionnement est soutirée au niveau du premier plateau de fond de ladite première colonne de fractionnement. En effet, comme la quantité d'éthane associée à l'éthylène est suffisamment faible, il n'est plus nécessaire de produire de l'éthane pur au fond de la première colonne de fractionnement, la totalité de l'éthane étant alors produit par la deuxième colonne de fractionnement. Selon une autre caractéristique de l'addition, on soutire la fraction de fond précitée de la première colonne de fractionnement uniquement au démarrage de l'installation et pour diminuer la concentration en produits à point d'ébullition plus élevé que ceux de l'éthylèneet de ltéthane drs le fonddela première colonne de fractionnement. Dans ces conditions, on a un mélange d'éthylène et d'éthane au fond de la première colonne de fractionnement et donc la température de fond de cette colonne est plus basse.Ainsi la pression effective de fonctionnement de la seconde colonne de fraction nement est plus basé de basse#m#e que sa température en tête. En conséquence, la séparation de l'éthylène et de l'éthane dans la seconde colonne de fractionnement est plus facile ce qui permet de diminuer l'investissement lié à cette seconde colonne de fractionnement. On précisera ici que dans une installation conforme à l'addition, la pression effective et la température de fonctionnement du fond de la première colonne de fractionnement dite "basse pression" sont respectivement comprises entre environ 15 x 105 Pa et 25 x 105 Pa et entre environ - 300C et + 30C tandis que la pression effective et la température de fonctionnement à la tête de la seconde colonne de fractionnement dite "haute pression" sont respectivement comprises entre environ 20 x 105 Pa et 45 x 105 Pa et entre environ - 280C et + 50C. Par ailleurs, le débit d'alimentation de la seconde colonne de fractionnement est compris entre environ 25 %et75 96 du débit total d'alimentation du condensat enrichi en hydrocarbures à deux atomes de carbone dans la section de fractionnement, et de préférence compris entre environ 40 et 50 %, tandis que la teneur en éthylène du débit d'alimentation de la seconde colonne à haute pression est comprise entre environ 85 % et 30 % en poids, et avantageusement entre environ 70 et 35 0A en poids. Des valeurs préférentielles de température, de débit d'alimentation de la seconde colonne de fractionnement seront données dans la description détaillée qui suit et dans laquelle on décrira d'autres caractéristiques et avantages de l'addition en se référant à la figure unique annexée, donnée uniquement à titre d'exemple, et illustrant schématiquement une unité de production d'éthylène conforme à l'addition. Selon un exemple de réalisation, et en se reportant à cette figure, dans laquelle les parties communes de l'installation de l'addition et du brevet principal sont désignées par les mêmes repères, une installation de production d'éthylène purifié du type concerné par l'addition comprend essentiellement une première colonne de fractionnement1 dite "à basse pression" et une seconde colonne de fractionnement 2 dite "à haute pression", traitant chacune une partie d'un condensat d'hydrocarbures contenant essentiellement des hydrocarbures à deux atomes de carbone (C2) et des impuretés àpointd'ébullition plus bas que l'éthylène ou plus élevé que l'éthane. Le condensat d'hydrocarbures enrichi en hydrocarbures à deux carbone (C2) est obtenu par exemple à prUrducraqege de naphta et/ou de gazole et comprend une faible quantité d'éthane par rapport à l'éthylène. La teneur pondérale en éthylène dans ce condensat est avantageusement de l'ordre de 82 % environ. Ce condensat peut également-eontenir des impuretés légères et/ou lourdes à point d'ébullition respectivement plus bas et plus élevé que ceux de l'éthylène ou de l'éthane, tei que par exemple de l'hydrogène, de l'oxyde carbone, du méthane, du propylène. C'est ce mélange D d'hydrocarbures qu'on alimente dans la première colonne de fractionnement 1 de l'unité de production d'éthylène de l'addition après une condensation partielle de ce mélange dans une installation comprenant principalement un condenseur 4 et un séparateur de phase 5 dont la structure a déjà été décrite dans le brevet principal. La première colonne de fractionnement 1 dite "a basse pression" dont la pression effective de fonctionnement du fond de la colonne est par exemple de 17x 105 Pa,permet de produire de l'éthylène Ez à un degré de pureté élevé et en fond un mélange éthylène/ éthane EW Ea. La section de tête de cette colonne 1 située au-dessus d'une conduite 15 de soutirage d'éthylène à haute pureté a déjà été décrite au brevet principa~6permet de concentrer les hydrocarbures légers et de les éliminer du ballon séparateur 11. En outre, les dispositions relatives au circuit de récupération de l'éthylène Ey à haute pureté dans le ballon séparateur d'éthylène 18 ont également été décrites dans le brevet principal. L'unité de production d'éthylène comprend également une seconde colonne de fractionnement 2 comportant des circuits de rebouillage, de reflux et d'alimentation identiques à ceux déjà décrits au brevet principal. C'est ainsi, que la fraction de tête constituée par de l'éthylène Ey est condensée au moins partiellement par échange de chaleur avec le flux de rebouillage de la première colonne de fractionnement 1 dans l'échangeur de chaleur 21. La fraction de fond de cette seconde colonne de fractionnement 2 est constituée par de éthane Ea à la spécification requise, cet éthane étant récupéré dans les conduites 33, 34, 35 et récupère,dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les frigories en excès disponibles du liquide L d'alimentation de la colonne 2 à haute pression et de l'éthylène à haute pureté produit par la colonne 1 respectivement dans les échangeurs de chaleur 25 et 17.Cette production totale d'éthane est alors disponible dans le conduit 35 et peut être recyclé comme charge partielle dans l'unité d'éthylène. Dans ce cas, l'éthane Ea récupéré en fond de la seconde colonne de fractionnement par la conduite 33 est avantageusement mélangé avec le mélange éthylène/éthane ##/Ea soutiré en fond de la première colonne de fractionnement par la conduite 19a, comme cela a déjà été décrit dans le brevet principal. La conduite d'alimentation 26 de la seconde colonne de fractionnement 2 est reliée à travers un échangeur de chaleur 25 et une pompe de circulation 24 à une conduite de soutirage 23 de la première colonne de fractionnement 1. Une caractéristique importante de l'addition est que le point de soutirage 23a du mélange d'hydre carbures L ne contenant plus d'impuretés légères telles que l'hydrogène , l'oxyde de carbone ou le méthane, est situé au niveau du premier plateau de fond de la colonne de fractionnement 1. Une autre caractéristique importante de l'addition est que, comme la quantité d'éthane associée à l'éthylène dans le condensat d'-hydrocarbures D est suffisamment faible, la totalité du flux de rebouillage de la colonne de fractionnement 1 est recyclé,en 8 Elaucun fluide n'étant soutiré par la conduite 19a,en fonction nement normal de l'installation. En conséquence, on a un mélange éthylène/éthane dans le fond de la colonne 1 ce qui entrain une température de fond de la colonne 1 plus basse et donc une température de tête de la colonne 2 également plus basse ainsi que la pression de cette colonne. Par exemple, les gaz Ey provenant de la tête de la colonne 2 sont à une température d'environ 23a C, ils cèdent de la chaleur au liquide du circuit de rebouillage 20 qui se trouve à une température de l'ordre de -260C. Ainsi, les gaz de tête de la colonne 2 sont condensés totalement à une température de -230C environ avant d'être introduits dans le ballon de recette d'éthylène 18. Comme au brevet principalJle lefonctionnement et le dimensionnement de la seconde colonne de fractionnement 2 dite "à haute pression" sont choisis de sorte que le produit obtenu en tête de cette colonne soit de l'éthylène à haute pureté ayant les mêmes spécifications que l'éthylène à haute pureté soutiré dans le conduit 15 de la première colonnel et envoyé dans le même ballon séparateur 18 par la pompe 16, et de plus pour avoir une condensation de préférence sensiblement totale de ces produits de tête dans le rebouilleur 21 associé à la première colonne 1. il est ainsi possible avec le procédé et l'installation de l'addition de produire la totalité de l'éthane au fond de la seconde colonne de fractionnement et d'abaisser la température et la pression de fonctionnement de cette seconde colonne 2 de fractionnement ce qui permet une séparation plus facile de l'éthylène et de l'éthane et donc de diminuer l'investissement lié à cette colonne 2. Toutefois, il peut être nécessaire de soutirer une partie du produit de fond de la colonne de fractionnement 1 par la conduite 19a, notamment pendant le démarrage de l'installation, et par intermittence pendant le fonctionnement normal de l'installation pour diminuer la concentration en produit à point d'ébullition plus élevé que ceux de l'éthylène et de l'éthane dans le fond de la première colonne. Le procédé et l'installation de production de l'éthylène de l'addition permet donc une réduction notable et importante de la consommation d'énergie d'une unité de production d'éthylène, comme cela apparait clairement dans le tableau 1 qui indique de manière comparative les différentes énergies consommées par les éléments d'une unité de production d'éthylène conventionnelle à une seule colonne et d'une unité de production d'éthylène conforme à l'addition. Dans cet exemple, le condensat D a une-teneur de 62% en poids d'éthylène,le débit d'alimentation encosinsat D ardue2622 kmoles/h. Le débit du liquide d'alimentation L de la seconde colonne est de 1 309 kmoles/h. (50% de D) avec une teneur en éthylène de 64,8 % en poids, le débit d'éthylène recueilli est de 2 159 kmoles/h. Les températures et pressions de fonctionnement des colonnes sont égales à celles indiquées précédemment. TABLEAU I Valeurs comparatives d'énergie pour obtenir une tonne d'éthylène à la pureté requise. système système conventionnel selon à une seule colonne l'invention Charge thermique du Condenseur 10 0,84 GJ 1,52 GJ Puissance frigo rifique équivalente 145 kWh 255 kWh du Condenseur 10 Puissance frigo rifique de l'ensemble du 123 kWh 170 kWh système (pompage inclus Volume à l'aspiration du 8701193 1460 3 compresseur frigorifique En outre, l'addition procure un procédé et une installation de production d'éthylène permettant de réduire la consommation d'énergie et le dimensionnement de la seconde colonne de fractionnement 2 par rapport au procédé et à l'installation du brevet principal dans le cas où la quantité d'éthane associé à l'éthylène dans le condensat D d'hydrocarbures enrichi en hydrocarbures à deux atomes de carbone (C2) est relativement faible. Bien entendu, le procédé et l'installation de l'addition présentent également tous les avantages du procédé et de l'installation de production d'éthylène déjà décrits au brevet principal. Revendications 1. Procédé de fabrication d'éthylène purifié, selon l'une des revendications 1 à 4 du brevet principal, consistant à alimenter avec un condensat dthydrocarbures enrichi en hydrocarbures à deux atomes de carbone obtenu par exemple à partir ducracyagedena > flaet/mce gazole, une première colonne de fractionnement dite "à basse pression, après un refroidissement dudit condensat, à alimenter une seconde colonne de fractionnement dite "à haute pression" avec au moins une partie d'une fraction liquide intermédiaire entre la fraction de tête et la fraction de fond de la première colonne, et à condenser au moins partiellement la fraction de tête de ladite seconde colonne par échange de chaleur avec au moins une partie du flux de rebouillage de ladite première colonne, caractérisé en ce que ladite fraction (L) liquide intermédiaire d'alimentation de la seconde colonne de fractionnement(2)est soutirée au niveau du premier plateau de fond de ladite première colonne de fractionnement (i). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le débit de la fraction liquide (4) dthydro- carbures introduite dans la deuxième colonne de fractionnement précitée est égal à environ 25% à 75% du débit du condensat (D) d'hydrocarbures introduit dans la première colonne de fractionnement précitée, avantageusement d'environ 40 à 50 %, et la concentra tion pondérale en éthylène de ladite fraction liquide (L) est comprise entre environ 85 à 30 %, avantageusement entre 70 et 35 %. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la pression effective et la température de fonctionnement de fond de la première colonne de fractionnement précitée sont respectivement comprises entre environ 15 x 105 Pa et 25 x 105 Pa et entre environ -300C et + 30C, et en ce que la pression effective et la température de fonctionnement de la tête de la seconde colonne de fractionnement précitée sont respectivement comprises entre environ 20 x 105 Pa et 45 x 105 Pa et entre environ -280C et +50C. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on soutire au moins une partie de la fraction de fond de la première colonne de fractionnement (1) uniquement pendant la phase de démarrage de l'installation et par intermittence, pendant le fonctionnement normal de l'installation pour diminuer la concentration en produits à point d'ébullition plus élevé que celui de l'éthylène et de l'éthane dans le fond de ladite première colonne de fractionnement (1). 5. Installation selon l'une des revendications 8 à 11 du brevet principal pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, du type comprenant une première colonne de fractionnement dite "à basse pression" comportant un système de rebouillage associé constitué d'un circuit de fluide chauffant et d'un circuit de fluide de rebouillage de ladite colonne de fractionnement, et une deuxième colonne de fractionnement dite "à haute pression", la tête de ladite seconde colonnne de fractionnement étant reliée audit circuit chauffant du système de rebouillage associé à la première colonne de fractionnement, et l'alimentation de ladite seconde colonne de fractionnement étant reliée à un soutirage de ladite première colonne de fractionnement, caractérisé en ce que ledit soutirage (23a) est situé au niveau du premier plateau de fond de ladite première colonne de fractionnement(1). 6. installation selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pression effective et la température de fonctionnement de fond de la première colonne de fractionnement (1) précitées sont respectivement comprises entre environ 15 x 105 Pa et 25 x 105 Pa, et entre environ -300C et +3 OC, et en ce que la pression effective et la température de fonctionnement de la tête de la seconde colonne de fractionnement précitée (2) sont respectivement comprises entre environ 20x 105 Pa et 45 x 105 Pa et entre environ -280C et +5 C, tandis que le débit de la fraction liquide (L) d'alimentation de la seconde colonne de fractionnement (2) précitée est égal à environ 25% à 75% de préférence à environ 40 à 50 % du débit du condensat (D) d'alimentation de la première colonne de fractionnement(1)Âa concentration pondérale en éthylène de ladite fraction liquide (L) étant comprise entre environ 85 % et 30 %, de préférence entre environ 70 % et 35 %.