Brevet FR2630731A1 — publié le 19891103

La présente invention a essentiellement pour objet un procédé pour la production de styrène par déshydrogénation catalytique de vapeur d'éthylbenzène. Elle vise également une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. I1 a déjà été proposé, pour produire du styrène, de vaporiser un mélange d'éthylbenzène dilué avec de l'eau, ce mélange vaporisé étant lui-même mélangé avec de la vapeur d'eau surchauffée avant d'être injecté dans un système réactionnel où s'effectue une réaction de déshydrogénation catalytique du mélange, étant entendu que la température du mélange e-t la quantité d'eau dans ce mélange sont telles qu'elles permettent ladite réaction.L'effluent du système réactionnel, contenant essentiellement du styrène, de l'éthylbènzène n'ayant pas réagi, de l'eau et des sous-produits tels que l'hydrogène, le benzène, le toluène, le monoxyde et le dioxyde de carbone, le méthane, l'éthane et autres, est refroidi et condensé pour séparer une phase organique contenant notamment du styrène et que l'on soumet à une distillation pour récupérer du styrène pratiquement pur, tandis que l'éthylbenzène qui n'a pas réagi est recyclé vers la vaporisation. I1 est à noter ici que la distillation permettant de produire le styrène est réalisée à une pression inférieure à la pression atmosphérique de façon à réduire la température et éviter ainsi la polymérisation du styrène qui a tendance à se produire lorsqu'on élève la température. Cependant, dans ces procédés connus, des quantités considérables d'énergie sont exigées pour notamment vaporiser le mélange éthylbenzène-eau et chauffer les produits vaporisés afin de les amener à la température de réaction. On peut évidemment réduire cette dépense d'énergie en récupérant la chaleur dans la mesure du possible, en particulier lors de l'étape de refroidissement de l'effluent de réaction. Toutefois, une quantité considérable de l'énergie fournie et correspondant à une chaleur de faible niveau thermique est encore perdue lors de la condensation de l'effluent de réaction ainsi que dans les condenseurs du système de distillation. Aussi, la présente invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus en proposant un procédé et une installation de production de styrène qui utilisent avantageusement la chaleur qui est normalement perdue et non récupérée. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour la production de styrène par déshydrogénation catalytique de vapeur d'éthylbenzène, et du type consistant à mélanger un flux de vapeur d'eau avec de leéthylbenzène vaporisé préalablement dilué avec de l'eau, et à injecter le mélange de vapeur d'eau et d'éthylbenzène dans un système réactionnel de déshydrogénation, ce après quoi l'effluent de réaction est condensé pour produire une phase organique contenant notamment du styrène et à laquelle on fait subir une distillation, tandis que l'éthylbenzène qui n'a pas réagi est recyclé vers la vaporisation, caractérisé en ce que la vaporisation de l'éthylbenzène dilué étant effectuée à une pression inférieure à celle nécessaire pour faire passer directement la vapeur éthylbenzène-eau dans ledit système réactionnel, on effectue le mélange de cette vapeur avec ledit flux de vapeur d'eau qui lui, se trouve à une pression-supérieure à celle nécessaire pour le faire passer directement dans le système réactionnel, dans un système éjecteur où la vapeur éthylbenzène-eau est entraînée par ledit flux de vapeur d'eau pour ainsi produire un mélange de cette vapeur et de ce flux avec une dépense d'énergie minimum au niveau de la vaporisation, tout en procurant audit mélange une pression suffisante pour permettre son injection directement dans le système réactionnel de déshydrogénation. On comprend donc déjà que l'originalité de ce procédé réside dans la vaporisation à relativement basse pression du mélange éthylbenzène-eau, de sorte que cette vaporisation pourra être effectuée en utilisant une chaleur de bas niveau thermique, à savoir celle normalement perdue dans l'installation et non récupérée, étant entendu qu'après vaporisation, ce mélange sera en quelque sorte aspiré dans le système éjecteur grâce au flux de vapeur d'eau surchauffée alimentant le système éjecteur et qui entratnera, du fait de sa pression plus élevée, ledit mélange éthylbenzène-eau. Suivant une autre caractéristique du procédé de l'invention, la source de chaleur utilisée pour vaporiser le mélange éthylbenzène-eau est une source de chaleur de bas niveau thermique prélevée au niveau de la condensation, et/ou dé la distillation précitées. Suivant un mode de réalisation préféré, la source de chaleur précitée est prélevée au niveau d'un condenseur de reflux intermédiaire associé à une colonne de distillation. On précisera encore ici que la vaporisation du mélangé éthylbenzène-eau est effectuée à une pression comprise entre environ 0,2 et 0,6 bar et de préférence entre 0,3 et 0,4 bar en dessous de la pression nécessaire pour faire passer ce mélange directement dans le système réactionnel précité, tandis que la pression du flux de vapeur d'eau précitée est comprise entre environ 2,6 et 13 bar, de préférence entre 4,5 et 11 bar, au-dessus de la pression nécessaire pour faire passer ee flux directement dans ledit système réactionnel. L'invention a encore pour objet une installation de production de styrène pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus et du type comprenant un système réactionnel de déshydrogénation alimenté par une conduite en vapeur d'eau surchauffée sortant de ce système réactionnel par une autre conduite, une conduite d'alimentation d'éthylbenzène dilué avec de l'eau traversant un appareil de vaporisation et raccordée à des moyens de mélange auxquels est aussi raccordée la conduite citée en dernier lieu, cette installation étant caractérisée en ce que lesdits moyens de mélange comportent un système éjecteur au côté d'aspiration duquel est reliée ladite conduite d'alimentation d'éthylbenzène dilué. Selon une autre caractéristique de cette installation, l'appareil de vaporisation précité constitue un condenseur de reflux intermédiaire associé à une colonne de distillation en aval du système réactionnel de déshydrogénation. Mais d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaltront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'une installation conforme aux principes de l'invention ; et - la figure 2 est une vue schématique d'un mode de réalisation préféré d'installation selon cette invention. En se reportant à la figure 1, on voit une installation pour la production de styrène qui comprend une alimentation en vapeur d'eau 1, cette vapeur étant surchauffée dans un système 2 à l'aide d'un brûleur 3 sous le système 2, la vapeur d'eau surchauffée sortant du système 2 à température élevée par une conduite 4 aboutissant à un système réactionnel de déshydrogénation 5. La vapeur d'eau surchauffée fournit de la chaleur pour la réaction de déshydrogénation dans le système 5, ce qui signifie que cette vapeur est en relation d'échange thermique avec d'autres courants de fluide dans le système réactionnel de déshydrogénation 5 de manière à préchauffer ces courants pour les amener aux températures nécessaires pour la réaction. En outre, les courants refroidis peuvent retourner, si nécessaire, au système de production de vapeur surchauffée, de façon à être réchauffés, ceci étant matérialisé schématiquement sur la figure 1 par la flèche 4a sur la conduite 4. Le flux de vapeur d'eau surchauffée sortant du système réactionnel de déshydrogénation 5 par une conduite 6 est mélangé avec de l'éthylbenzène vaporisé préal-ablement dilué avec de l'eau. Plus précisément, l'éthylbenzène s'écoule dans une conduite 7 et est dilué avec de l'eau arrivant par une conduite 8 raccordée à la conduite 7, cette dernière passant au travers d'un appareil de vaporisation 9. Le mélange vaporisé d'éthylbenzène et d'eau passant dans la portion de conduite 7a est alors mélangé dans un moyen 10 avec le flux de vapeur surchauffé sortant de la conduite 6, ce après quoi le mélange de vapeurs est acheminé par une conduite 11 dans le système réactionnel de déshydrogénation 5. L'effluent de la réaction de déshydrogénation est acheminé, par une conduite 12, dans un système de récupération de chaleur 13 et ensuite, par une conduite 14, dans un système de condensation 15 qui sépare l'effluent en trois phases, à savoir : une phase gazeuse qui comprend notamment des hydrocarbures tels que méthane, éthane, benzène et toluène et qui est traitée après évacuation par une conduite 16 ; une phase aqueuse formant un condensat évacué par une conduite 17 et réutilisée après traitement pour constituer par exemple un appoint de vapeur d'eau dans le système 2 produisant de la vapeur surchauffée, et cela après passage du condensat au travers du système de récupération de chaleur 13 ; et une phase organique comprenant du styrène brut évacué par une conduite 18 raccordée à un système de distillation 19 permettant de récupérer du styrène monomère à la sortie 20 du système de distillation 19. Ce système comprend une ou plusieurs tours de distillation, et en teté de ce système, on peut récupérer par une conduite 21 du benzène et du toluène destinés à une utilisation ultérieure, tandis que l'éthylbenzène qui n'a pas réagi est recyclé à l'appareil de vaporisation 9 par une conduite qui est la conduite 7 mentionnée précédemment. A cette conduite 7 peut être raccordée une conduite 22 d'alimentation en éthylbenzène frais. La distillation est généralement conduite à pression réduite de façon à abaisser la température et réduire par conséquent la formation de styrène polymérisé. Un inhibiteur de polymérisation peut également être ajouté dans le système de distillation 19 pour réduire encore la formation de styrène polymérisé. Mais tous les éléments ci-dessus n'ont pas besoin d'être décrits plus en détail, puisqu'ils appartiennent à l'état connu de la technique. Conformément à la présente invention, et en se reportant à la figure 1, le mélange effectué en 10 de l'éthylbenzène dilué avec de l'eau sortant par la conduite 7 après passage dans l'appareil de vaporisation 9, et du flux de vapeur surchauffée sortant par la conduite 6 est effectué dans un système éjecteur 100 du type venturi par exemple, et la conduite 11 reliant le système éjecteur 100 au système de déshydrogénation 5 passe de préférence au travers d'un système de préchauffage 101. La pression de vaporisation dans l'appareil 9 est inférieure à la pression qui serait nécessaire pour faire passer le mélange éthylbenzène-eau directement dans le système réactionnel de déshydrogénation 5. Cette pression est comprise entre environ 0,2 et 0,6 bar et de préférence entre 0,3 et 0,4 bar, en dessous de la pression nécessaire pour faire passer le mélange vaporisé d'éthylbenzène-eau, directement dans le système réactionnel précité.Ainsi, comme on le comprend, la température de la source de chauffage nécessaire pour effectuer la vaporisation du mélange éthylbenzène-eau peut être très faible, de sorte que, selon la présente invention, on utilisera avantageusement la chaleur perdue et habituellement non récupérée de l'installation, à savoir par exemple la chaleur disponible dans le système de condensation 15 ou dans les condenseurs du système de distillation 19, étant entendu que la chaleur de ces deux systèmes pourra être éventuellement combinée pour effectuer la vaporisation à faible pression dans l'appareil 9. On réalisera ainsi une économie considérable de l'énergie pour produire le mélange d'éthylbenzène et d'eau vaporisé, et cela en utilisant de la chaleur normalement perdue dans l'installation. Le flux de vapeur d'eau surchauffée passant dans la conduite 6 est à une pression plus élevée que la pression qui serait nécessaire pour faire passer ledit flux directement dans le système réactionnel de déshydrogénation 5. Cette pression peut être comprise entre environ 2,6 et 13 bar, et de préférence entre 4,5 et 11 bar, au-dessus de la pression nécessaire pour faire passer le flux de vapeur d'eau surchauffée directement dans le système réactionnel précité. Ainsi, comme on le comprend, ce flux de vapeur d'eau surchauffée constitue, lorsqu'il entre dans le système éjecteur 100 un fluide moteur, de sorte que le mélange vaporisé à faible pression éthylbenzène-eau entrant, par le côté aspiration, dans le système éjecteur 100,,est entratné par ce fluide moteur pour ainsi produire un mélange de ce fluide moteur ou vapeur d'eau surchauffée avec l'éthylbenzène dilué et vaporisé, ledit mélange possèdant au total une pression suffisante pour permettre son injection directement par la conduite 11 dans le système de déshydrogénation 5, étant entendu, encore une fois, que la dépense d'énergie, comme on l'a vu précédemment, demeure minimum au niveau de la vaporisation de l'éthylbenzène dilué dans l'appareil 9. Comme on le comprend, dans la conduite 11 de transport des vapeurs sortant du système éjecteur 100 et parvenant au système réactionnel, il y aura un équilibre des pressions, c'est-à-dire que la pression dans la conduite 11 sera plus faible que celle de la vapeur surchauffée dans la conduite 6, et plus élevée que celle régnant dans la conduite 7a transportant le mélange vaporisé d'éthylbenzène et d'eau, étant entendu qu'au total pression est suffisante pour permettre le passage direct du mélange vaporisé dans le système de déshydrogénation 5. Le système de préchauffage 101 permettra éventuellement de porter le mélange vaporisé sortant du système éjecteur 100 à la température requise pour la réaction. On remarquera ici que la position du système de préchauffage 101 n'est pas critique, ce système pouvant par exemple être prévu en aval de l'appareil de vaporisation 9 sur la portion de conduite 7a ou encore pouvant être par exemple inclus dans-le système de déshydrogénation 5 ou même dans le système de récupération de chaleur 13. On se reportera maintenant à la figure 2 qui illustre un mode de réalisation préféré d'installation selon cette invention, et dans laquelle les mêmes repères que dans la figure 1 ont été utilisés pour désigner les éléments communs. Comme sur la figure 1, on retrouve sur la figure 2 le système éjecteur 100 dans lequel est mélangé la vapeur d'éthylbenzène dilué et recyclé par la conduite 7, avec le flux de vapeur surchauffée passant dans la conduite 6. Mais ici, le système de distillation 19 est constitué par une colonne de distillation 102 raccordée à la conduite 7 de recyclage de l'éthylbenzène qui n'a pas réagi. Et c'est un condenseur de reflux intermédiaire 103 placé sur une boucle 104 en un point approprié sur la colonne entre l'arrivée de styrène brut par la conduite 18 et la sortie des produits de tête tels que benzène et toluène par la conduite 21, qui constitue l'appareil de vaporisation 9. Autrement dit, la quantité requise de mélange éthylbenzène-eau et comprenant de l'éthylbenzène recyclé, de l'éthylbenzène frais, et de l'eau de pré-dilution, traverse le condenseur de reflux intermédiaire 103 où ce mélange est vaporisé à basse pression avant de parvenir au système éjecteur 100, étant entendu qu'il se produit en même temps une condensation de la vapeur de reflux intermédiaire. Pour des conditions identiques de fonctionnement du système réactionnel de déshydrogénation, il a été trouvé que l'énergie consommée par l'installation selon l'invention était de 1,1 million de kilocalories/tonne de styrène produit, alors que l'énergie consommée dans une-installation de l'art antérieur telle qu'exposée au début de la présente description était de 1,5 million de kilocalories/tonne de styrène produit, ce qui est beaucoup plus élevé. La comparaison ci-dessus montre indubitablement les avantages de la présente invention par rapport aux procédés classiques en ce qui concerne l'économie d'énergie réalisée, ces avantages résultant notamment de l'utilisation d'un système éjecteur tel que 100. Il faut encore remarquer ici, en se réfèrant de nouveau à la figure 2, que, si l'on n'utilisait pas un appareil éjecteur comme prévu par l'invention, il faudrait augmenter notablement la température et donc la pression de distillation pour obtenir la vaporisation du mélange éthylbenzène-eau, et cette augmentation risquerait de provoquer évidemment la polymérisation du styrène produit, ce que l'on cherche à éviter, d'où l'intérêt de prévoir un système éjecteur dans l'installation. A cet égard et à titre d'exemple, on a fait fonctionner l'installation de la figure 2 en utilisant, en fond de la colonne de distillation 102, une pression de 0,3 bar absolu ce qui correspond à une température de 1050C, et on a établi que si on utilisait la même colonne 102, mais sans le système éjecteur 100 selon l'invention, il fallait, pour réaliser la vaporisation du mélange éthylbenzène-eau grâce au condenseur de reflux intermédiaire, utiliser en fond de la colonne de distillation une pression de 0,46 bar absolu, ce qui correspond à une température de 1170C. Il en résulte que la perte de styrène due à la polymérisation fera plus que doubler lorsque la température passe de 1050C à 117 C. Ceci montre encore une fois les avantages de la présente invention. On a donc réalisé selon cette invention une installation de production de styrène réalisant d'importantes économies d'énergie par vaporisation d'un mélange éthylbenzène-eau à basse pression avant d'injecter ce mélange dans un système réactionnel de déshydrogénation, et cela grâce à l'utilisation d'un système éjecteur pour permettre à la chaleur de vaporisation d'être constituée par de la chaleur perdue dans l'installation, et généralement non récupérée. Les perfectionnements selon cette invention sont avantageusement applicables à tous procédés et toutes installations classiques de production de styrène utilisant le principe de la déshydrogénation catalytique d'éthylbenzène en présence de vapeur d'eau, et on réalisera ainsi, sur ces installations existantes, une économie d'énergie. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés que titre d'exemple. Aucontraire, l'invention comprend'tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la production de styrène par déshydrogénation catalytique de vapeur d'éthylbenzène et du type consistant à mélanger un flux de vapeur d'eau surchauffée avec de l'éthylbenzène vaporisé préalablement dilué avec de l'eau et à injecter le mélange de vapeur d'eau et d'éthylbenzène dans un système réactionnel de déshydrogénation, ce après quoi l'effluent de réaction est condensé pour produire une phase organique contenant notamment du styrène et à laquelle on fait subir une distillation, tandis que l'éthylbenzène qui n'a pas réagi est recyclé vers la vaporisation, caractérisé en ce que la vaporisation de l'éthylbenzène dilué étant effectuée à une pression inférieure à celle nécessaire pour faire passer directement la vapeur éthylbenzène-eau dans ledit système réactionnel, on effectue le mélange de cette vapeur avec ledit flux de vapeur d'eau qui lui se trouve à une pression supérieure à celle nécessaire pour le faire passer directement dans le système réactionnel, dans un système d'éjecteur où la vapeur éthylbenzène-eau est entraînée par ledit flux de vapeur d'eau pour ainsi produire un mélange de cette vapeur -et de ce flux avec une dépense d'énergie minimum au niveau de la vaporisation, tout en procurant audit mélange une pression suffisante pour permettre son injection directement dans le système réactionnel. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de chaleur utilisée pour vaporiser l'éthylbenzène et l'eau est une source de chaleur de bas niveau thermique généralement perdue et prélevée au niveau de la condensation et/ou de la distillation précitées. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la source de chaleur précitée est prélevée au niveau d'un condenseur de reflux intermédiaire associé à une colonne de distillation. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la vaporisation du mélange éthylbenzène-eau est effectuée à une pression comprise entre environ 0,2 et 0,6 bar et de préférence entre 0,3 et 0,4 bar en dessous de la pression nécessaire pour faire passer ce mélange directement dans le système réactionnel précité, tandis que la pression du flux de vapeur d'eau précité est comprise entre environ 2,6 et 13 bar, de préférence entre 4,5 et 11 bar, au-dessus de la pression nécessaire pour faire passer ce flux directement dans ledit système réactionnel. 5. Installation de production de styrène pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, du type comprenant un système réactionnel de déshydrogénation alimenté par une conduite (4) en vapeur d'eau surchauffée sortant de ce système par une autre conduite (6), une conduite (7, 7a) d'alimentation d'éthylbenzène dilué avec de l'eau traversant un appareil de vaporisation (9) et raccordée à des moyens (10) de mélange auxquels est aussi raccordée la conduite (6) citée en dernier lieu; caractérisée en ce que lesdits moyens (10) de mélange comportent un système éjecteur (100) au côté d'aspiration duquel est relié la conduite (7, 7a) d'alimentation d'éthylbenzène dilué. 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que appareil de vaporisation précité (9) est constitué par un condenseur de reflux intermédiaire (103) associé à une colonne de distillation (102) en aval du système réactionnel de déshydrogénation (5).