Brevet FR2517557A1 — publié le 19830610

O 7 I La présente invention se rapporte à un procédé de rebouillage dans une colonne de distillation opérant sous pression. Selon les procédés de rebouillage connus, on soutire une partie du pro- duit de fond de la colonne, on la rechauffe par l'échange indirect de cha- leur avec un fluide de niveau thermique élévé, puis on sépare les phases vapeur et liquide et on réinjecte la phase vapeur dans la colonne Le fluide de niveau thermique'élévé utilisé est soit de la vapeur d'eau à pre- ssion élévée, soit un fluide chaud provenant d'une autre unité de raffina- ge Dans les deux cas, il s'agit d'un fluide, dont l'utilisation pour le rebouillage signifie une dégradation importante du point de vue éner- gétique et pose le problème d'économie d'énergie. L'invention a pour objet de remédier à cet inconvénient en faisantl'écono- mie d'une source aussi précieuse qu'un fluide de haut niveau thermique. Elle est caractérisée en ce qu'on soutire au moins une partie du produit de fond d'une colonne de distillation, on la détend au moyen d'une vanne de détente et on sépare les phases liquide et vapeur dans un ballon de dé- tente, puis on recomprime la phase vapeur dans un compresseur à la pre- ssion régnant en fond de colonne et on réinjecte le produit comprimé dans la colonne. Il est déjà connu, pour assurer le rebouillage des colonnes de distilla- tion, de comprimer les produits issus de la tête de la colonne de distilla- tion à l'état de vapeur Toutefois, l'application d'une telle technique se heurte à des contraintes dues aux niveaux thermiques relatifs des pro- duits de tête et de fond de colonne. En effet, plus l'écart entre les niveaux thermiques de ces produits est important, plus il est nécessaire, lorsqu'on utilise les produits de tête pour le rebouillage de la colonne, de leur appliquer un taux de compression important On se heurte alors très rapidement à un obstacle économique et même parfois à une impossibilité technique relative à la température cri- tique du fluide En fait, cette technique n'est utilisable que pour des écarts de température faibles de l'ordre de 300 C, ce qui en limite l'appli- cation à quelques séparations, telles que la séparation d'isomères. Le procédé selon l'invention peut être assimilé à la technique de la pom- pe à chaleur. La détente dans la vanne étant isenthalpique, la quantité de chaleur la- tente nécessaire à la vaporisation de la phase vapeur obtenue dans le ba- llon de flash est fournie par la phase liquide sous forme de chaleur sen- sible De ce fait, la température de la phase liquide est beaucoup plus basse que la température du produit de fond de tour avant vanne de déten- te Le résidu, c à d le produit de fond, est donc une source de chaleur à bas niveau thermique, que l'on peut appeler la source froide. D'autre part, la phase vapeur issue du ballon de détente et recomprimée échange de la chaleur et de la matière-avec le fond de tour Elle fournit l'énergie nécessaire à la séparation des produits légers et lourds dans la colonne On peut appeler le fond de tour la source chaude, car il re- çoit de la chaleur. Dans le procédé selon l'invention, la chaleur a été prélevée à une source froide, qui est le résidu, dont le niveau thermique a été élevé grâce à un compresseur, tandis qu'une quantité de chaleur à haut niveau ther- mique a été fournie à une source chaude qui est le fond de tour. Le rebouilleur classique apportant une quantité de chaleur Q a été rem- placé par l'ensemble de vanne de détente et de ballon de détente et par le compresseur, fournissant le travail W La quantité de chaleur fournie par le résidu, donc la source froide, est Q W Le coefficient de perfor- mance est défini par la relation COP = Q Le procédé de rebouillage selon l'invention, aisément applicable aux co- lonnes de distillation travaillant sous fortes pressions, peut également s'appliquer à toute tour de distillation par la mise en place éventuelle de systèmes adéquats abaissant la pression dans le ballon de détente La pression régnant dans le ballon doit être telle, que la fraction vapori- risée fournit le débit de vapeur nécessaire pour assurer le rebouillage et, par conséquent, un bon fonctionnement de la colonne Le travail du compresseur est déterminé par le rapport de compression et par la quan- tité de vapeur à comprimer. Au cours du fonctionnement réel de la colonne, les principaux paramètres, tels que le débit d'alimentation et le fractionnement, évoluent Ces variations se traduisent par une demande plus ou moins élevée de chaleur de rebouillage, que l'on peut satisfaire de la manière-suivante. Si la demande s'accroit, il suffit de baisser la pression dans le ballon de détente en fermant un peu plus la vanne de détente La vaporisation est alors plus importante, la température du ballon baisse et le compresseur fournit un travail plus important dû à l'augmentation du taux de compre- ssion et de la quantité de vapeur à recomprimer La chaleur de rebouilla- ge est augmentée de l'accroissement de travail du compresseur et de la quantité de chaleur sensible supplémentaire cédée par le résidu qui sort plus froid du ballon Dans le cas contraire, une augmentation de la pression dans le ballon de détente provoque une diminution de la fraction vaporisée et donc de la chaleur de rebouillage. Un autre moyen de réglage du procédé consiste en un apport variable de chaleur dans le ballon de détente, qui garde alors une pression constante. Si, à pression constante, le ballon de détente est chauffé, la vapori- sation s'accroit, le compresseur comprime une quantité de vapeur plus importante et fournit une quantité de chaleur de rebouillage plus impor- tante. Inversement, un refroidissement du ballon provoque une diminution de la quantité de vapeur, et par conséquent, de la chaleur de rebouillage. En ce qui concerne l'intégration du cycle thermique selon l'invention dans le bilan énergétique de l'installation, il faut remarquer que, lorsque le rebouillage s'effectue selon le procédé classique d'échange de chaleur avec un fond à niveau thermique élevé, le résidu liquide résultant de l'échange se trouve à une température suffisamment élevée pour pouvoir servir p ex au préchauffage du fluide d'alimentation de la colonne. En faisant l'économie d'un fluide à niveau thermique élevé pour le re- bouillage, il est nécessaire d'opérer ledit préchauffage avec un fluide auxiliaire L'intérêt de l'invention apparait aussi, si l'on compare les critères de choix du fluide servant au rebouillage selon le procédé cla- ssique et ceux du fluide assurant le préchauffage du fluide d'alimenta- tion de la colonne L'énergie du premier devant être utilisée sous forme de chaleur latente de rebouillage, elle doit nécessairement être de ni- veau plus élevé que celle du second qui assure uniquement l'échange de chaleur sensible pour le préchauffage. D'autres particularités du procédé selon l'invention apparaîtront à la lumière des exemples, qui suivent, du mode d'application à une colonne de stabilisation des essences. Aux dessins annexes, la figure 1 représente un schéma général d'une installation mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, et la figure 2 une variante du schéma précédent. Les installations représentées aux figures 1 et 2 comprennent une colonne de distillation 1 pour la stabilisation des essences travaillant à une pression d'environ 11 bars et qui est alimentée en son-milieu par un mé- lange d'hydrocarbures légers, préchauffé préalablement par échange indi- rect dans les échangeurs 2,2 ',2 a et 2 b à environ 1301 C Les vapeurs issues de la tête de colonne sont refroidies dans un réfrigérant 3, le conden- 251755 7 sat ayant la composition de gaz léger de pétrole est recueilli dans un ba- llon de tête 4, puis en partie réintroduit comme reflux dans la colonne et en partie évacué. Une partie de fond de la colonne est soutirée du bas de la colonne et détendue au moyen d'une vanne de détente-5 dans un ballon de détente 6, o se séparent la phase vapeur et la phase liquide Cette dernière est soutirée du bas du ballon, 'tandis que la phase vapeur est comprimée dans un compresseur 7 à la pression-de la colonne et la phase comprimée est réinjectée au bas de la colonne l Grâce à la compression, la tempéra- ture de la phase réinjectée d'élève à environ 1700 C. Dans le cas du schéma selon la figure 1, le fond de la colonne prélevé a été detendu à 2, 5 bars env et la compression de la phase vapeur dans le compresseur 7 a nécessité un travail d'environ 1200 k W En abaissant la pression dans le ballon à 2,5 bars, l'apport de chaleur à la colonne a été suffisant sans qu'il ait eu besoin de procéder à un apport de chaleur à la phase détendue de vapeur avant sa compression -Toutefois, la phase liquide séparée dans le ballon était à la température d'env. 800 C, trop faible pour servir au préchauffage du produit d'alimentation. Ce préchauffage a été réalisé dans les échangeurs 2 a et 2 b au moyen d'un fluide auxiliaire, tel qu'un gas oil léger d'un-niveau thermique peu élevé, mais suffisant pour des raisons exposées ci-dessus. Dans le-cas du schéma selon la figure 2, le fond de la colonne a été dé- tendu à 4 bars environ avec pour conséquence la formation d'une phase liquide ayant une température d'environ 1000 C. Un échangeur de chaleur 8 est monté dans le ballon 6 et alimenté en gas oil léger d'environ 145 %C pour réaliser un apport de chaleur dans le ballon de détente en vue d'élever sa température La compression de la vapeur a nécessité un travail de l'ordre de 800 k W et la température après compression s'est élevée à environ 170 'C Le gas oil ayant servi à l'échan- ge de chaleur dans l'échangeur 8 est envoyé dans l'échangeur 2,-o il sert au préchauffage du produit d'alimentation de la colonne Le préchauffage du produit d'alimentation a été complété par l'échange indirect avec un fluide auxiliaire à bas niveau thermique dans l'échangeur 2 ' - Le procédé selon l'invention permet de réaliser des économies d'énergie importantes Dans le cas du fonctionnement de la colonne de stabilisation des essences, on a pu remplacer un fluide à haut niveau thermique, tel que le reflux circulant inférieur de la tour de distillation atmosphé- rique (RCI) à 3320 C, par un gas oil léger à environ 1500 C. 1755 7 Il présente également une grande souplesse et permet d'ajuster la quantité de chaleur fournie à la colonne en fonction de la demande par des moyens relativement simples, tels que l'ajustement de la pression de détente et/ou de la température de la vapeur produite lors de la détente. REVENDICATIONS. 1 Procédé de rebouillage d'une colonne dé distillation opérant sous pression, caractérisé en ce qu'au moins une partie du produit de fond liquide est soutirée de la colonne, puis détendue au moyen d'une vanne de détente dans un ballon de détente, la phase vapeur séparée dans le ballon est comprimée au moyen d'un compresseur à la pression régnant dans la colonne de distillation et réinjectée dans cette colonne. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajuste la quantité de chaleur de rebouillage en réglant la pression à laquelle on détend le produit de fond prélevé de la colonne. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajuste la quantité de chaleur de rebouillage en réglant au moyen d'un échange in- direct de chaleur la température dans le ballon de détente. 4 Procédé de rebouillage d'une colonne de stabilisation des essences fonctionnant à une pression d'environ 11 bars selon l'une des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on détend le produit de fond prélevé à la pression d'environ 4 bars, on rechauffe les vapeurs ainsi produites à environ 1200 C au moyen d'échange indirect de chaleur avec un fluide auxiliaire à niveau thermique peu élevé et on les comprime à environ 11 bars, le fluide auxiliaire servant, après échange, au préchauffage du produit d'alimentation de la colonne.