Procédé pour la séparation de composants d'un mélange d'hydrocarbures aromatiques C8
La présente invention a pour objet un procédé pour la séparation de composants d'un mélange d'hydrocarbures aromatiques C8.
Des mélanges concentrés d'hydrocarbures aromatiques C8 se trouvent dans le commerce. Certains constituants de ces mélanges sont des produits particulièrement recherchés et des procédés ont été conçus pour séparer ces mélanges en composants pratiquement purs. Toutefois, ces procédés anciens ne donnent pas entière satisfaction du point de vue de l'économie et de la facilité de mise en oeuvre.
Le procédé selon l'invention, dans lequel on effectue une série de distillations séparées, est caractérisé en ce que l'on fait passer des vapeurs de la fraction de tête d'une distillation en échange de chaleur indirect avec un mélange en cours de distillation dans une autre distillation et en ce que l'on condense lesdites vapeurs fournissant ainsi de la chaleur de distillation à ladite autre distillation. On peut ainsi obtenir de l'éthylbenzène, de l'ortho-xylène et du para-xylène très purs à partir d'un mélange d'hydrocarbures aromatiques C8.
La figure unique du dessin annexé illustre schématiquement, à titre d'exemple, une mise en oeuvre particulière du procédé selon l'invention.
Une fraction aromatique C8 pratiquement exempte de matières de pointod'ébullition égal ou inférieur à celui de l'éthylbenzène est introduite par une conduite 1 dans une colonne de fractionnement 2, dans laquelle le mélange est séparé en une fraction de tête, consistant en éthylbenzène pratiquement pur, et en une fraction de queue formée d'autres hydrocarbures aromatiques C8 et d'un peu d'éthylbenzène.
La colonne 2 représente schématiquement une ou plusieurs colonnes de distillation à plateaux multiples, du genre employé couramment pour ces opérations.
La chaleur nécessaire à la distillation est fournie à la base de la colonne 2 par un rebouilleur 3, qui sera décrit plus en détail dans la suite.
L'éthylbenzène est recueilli au moyen de la conduite 4. La fraction de queue de la colonne 2 gagne, par des conduites 5 et 6, une colonne de distillation 7 dans laquelle le mélange est fractionné en surpression.
On obtient ainsi une fraction de queue composée d'ortho-xylène et de matières moins volatiles et une fraction de tête composée de méta-xylène, de paraxylène, d'ortho-xylène et de faibles quantités d'éthylbenzène et de matières plus volatiles. Avantageusement, la fraction de queue de la colonne 2 est mélangée avant le fractionnement dans la colonne 7, avec un courant de recyclage composé d'hydrocarbures aromatiques C8, provenant d'une opération d'isomérisation décrite plus loin.
La chaleur nécessaire à la distillation dans la colonne 7 est fournie par une source de chaleur externe, représentée par un rebouilleur 18. De préférence, du liquide est soutiré de la partie inférieure de la colonne et vaporisé en dehors de la colonne par échange de chaleur indirect, par exemple au moyen d'un bouilleur à chauffage indirect, et les vapeurs résultantes sont renvoyées dans la partie inférieure de la colonne. D'autres moyens de chauffage de la colonne 7 peuvent être employés.
Dans la colonne 7, le mélange admis est séparé en une fraction de queue liquide, composée d'orthoxylène et de matières moins volatiles que les hydrocarbures aromatiques C8. La fraction de queue sortant de la colonne 7 est envoyée par une conduite 8 dans une colonne de distillation 9, dans laquelle l'ortho-xylène est séparé des matières moins volatiles et sort comme fraction de tête par une conduite 10, à l'état très pur, alors que les matières moins volatiles sortent par une conduite 11. La chaleur nécessaire à cette opération est fournie par un rebouilleur 12.
Les vapeurs sortant en tête de la colonne 7 sont employées conformément à l'invention pour fournir la chaleur aux colonnes 2 et 9, ainsi qu'à la colonne de distillation 13, dont la fraction de queue contient principalement du méta-xylène, de l'ortho-xylène et du para-xylène avec une faible quantité d'éthylbenzène et sort par une conduite 14, et la fraction de tête formée de matières plus volatiles, soit par une conduite 15. Grâce au nouveau procédé de distillation, des économies très marquées sont réalisées par rapport aux procédés connus.
Dans les procédés anciens, chacune des diverses colonnes de fractionnement sont équipées de moyens de chauffage et de refroidissement séparés et indépendants. Normalement, la chaleur leur est fournie par admission de vapeur d'eau ou d'une source externe équivalente dans le rebouilleur se trouvant dans la base de chaque colonne, afin que la séparation par distillation puisse être réalisée. Les vapeurs sortant en tête de chaque colonne sont refroidies et condensées par échange de chaleur indirect avec de l'eau de refroidissement dans des appareils séparés et indépendants.
Dans ces procédés anciens, le coût de l'appareillage est très élevé. En outre, la majeure partie de la grande quantité de chaleur nécessaire à la séparation par distillation des matières C8 à points d'ébullition proches est perdue dans l'eau de refroidissement.
La présente invention représente un progrès marqué et significatif par rapport à ces techniques antérieures. Dans le procédé selon l'invention, la chaleur nécessaire à la séparation dans la colonne 7 est récupérée au lieu d'être perdue et est employée pour les distillations dans les colonnes 2, 13 et 9. Les vapeurs provenant de la colonne 7 transportent la chaleur de fractionnement et la fournissent aux colonnes 2, 9 et 13. Les rebouilleurs 3, 12 et 16 ont pour double fonction de fournir la chaleur aux colonnes respectives et de condenser les vapeurs provenant de la colonne 7. Ainsi, le besoin de l'installation en condenseurs est notablement moins important que dans les techniques antérieures.
En outre, il est évident qu'une économie de chaleur importante est réalisée. Alors que, précédemment, les grandes quantités de chaleur nécessaires à la séparation dans la colonne 7 étaient perdues lors du refroidissement et de la condensation des vapeurs sortant de la tête de la colonne 7 par l'eau de refroidissement, un minimum de chaleur est mis sous une forme inutilisable dans le présent procédé, de sorte qu'une économie de chaleur importante est réalisée.
Pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, la pression des vapeurs sortant en tête de la colonne 7 doit être suffisamment haute pour que les vapeurs se condensent à la température du mélange de distillation se trouvant dans la partie inférieure de la colonne 2.
La pression manométrique des vapeurs en tête de la colonne 7 peut être comprise entre 2,1 et 9,1 kg/cm2, avantageusement entre 4,2 et 7 kg/cm2 et de préférence entre 5,3 et 6 kg/cm . Les vapeurs sont condensées dans les rebouilleurs 3, 12 et 16 en fournissant de la chaleur aux colonnes 2, 9 et 13. Le liquide condensé est amené dans un réservoir collecteur 17 par des conduites 23, 19 et 20. Une partie du liquide recueilli dans le réservoir 17 est renvoyée à la colonne 7 comme reflux, par une conduite 21, et le restant est amené dans la colonne 13 par une conduite 22.
Dans la colonne 13, un mélange liquide de méta-xylène, d'ortho-xylène et de para-xylène, contenant une faible proportion d'éthylbenzène est séparé d'une fraction à point d'ébullition inférieur à celui des hydrocarbures aromatiques C8 et est recueilli au moyen d'une conduite 14, alors que cette dernière fraction sort par une conduite 15.
Avantageusement, cette fraction de méta-xylène, d'ortho-xylène et de para-xylène est soumise à un traitement par cristallisation (non représenté) conforme aux techniques connues, ce qui permet de recueillir du para-xylène pratiquement pur. Le filtrat peut être soumis à un traitement d'isomérisation conforme aux techniques connues et, après les opérations de purification appropriées, l'effluent de l'isomériseur peut être mélangé à la fraction de queue de la colonne 2 et admis dans la colonne 7 par la con. duite 6.
Dans les exemples qui suivent, les parties et pourcentages sont en poids et les pressions sont des pressions manométriques, sauf indication contraire.
Exemple 1
Environ 110 parties d'une fraction d'hydrocarbures aromatiques C8 contenant environ 22 O/o d'ortho-xylène, 18 O/o de para-xylène, 40ouzo de métaxylène et 20 O/o d'éthylbenzène, sont fractionnées dans la colonne de distillation 2. De l'éthylbenzène sensiblement pur (99,9 O/o) est obtenu en quantité d'environ 20 parties comme fraction de tête, à l'état de vapeur à environ 1400 C et 0,2 kg/cm-. Ces vapeurs sont condensées et recueillies comme produit. Une fraction de queue liquide est retirée de la colonne 2 à environ 2000 C et 3,5 kg/cm par la conduite 5.
La fraction de queue, en quantité d'environ 90 parties et contenant 26,90/o d'ortho-xylène, 22,00/o de para-xylène, 48,9 o/o de méta-xylène et 2,2 O/o d'éthylbenzène, est réunie à environ 205 parties d'un effluent d'isomériseur purifié, ce qui forme un mélange contenant 21,4 o/o d'ortho-xylène, 21,3 o/o de para-xylène, 53,2 0/o de méta-xylène et 4,1 O/o d'éthylbenzène, avec des hydrocarbures plus volatils et moins volatils. Le mélange est fractionné dans une colonne de distillation 7 à plateaux multiples.
Cette colonne est chauffée en soutirant du liquide de la base de la colonne, en vaporisant ce liquide dans un bouilleur à chauffage indirect et en renvoyant les vapeurs dans la base de la colonne 7. Environ 2300 parties d'une fraction de tête composée de 26,70/0 de para-xylène, de 2,50/0 d'ortho-xylène, de 67,4 o/o de méta-xylène, de 3,4 o/o d'éthylbenzène et d'impuretés plus volatiles sont retirées sous forme de vapeur à environ 2200 C et 5,62 kg/cm2. Une fraction de queue, en quantité d'environ 65 parties et contenant 92 O/o d'ortho-xylène et 8 0/o d'impuretés, est retirée sous forme liquide à environ 2350 C et 5,98 kg/cm2.
Cette fraction de queue est envoyée par la conduite 8 à la colonne 9 à plateaux multiples, dans laquelle elle est distillée, ce qui sépare comme fraction de tête environ 60 parties d'un ortho-xylène de grande pureté (96 /o), sous forme de vapeur à environ 1500 C et 0,35 kg/cm2, d'une faction de queue plus lourde. La fraction de queue est retirée à environ 175oC et 1,05 kg/cm2.
La fraction de tête sortant de la colonne 7 à environ 2200 C et 5,62 kg/cm2 est divisée en trois courants. Un courant en quantité d'environ 1950 parties est envoyé dans le rebouilleur 3 à la base de la colonne 2, dans lequel la vapeur se condense et fournit ainsi la chaleur de distillation à la colonne 2. Le deuxième courant, en quantité d'environ 120 parties, est envoyé au rebouilleur 12, à la base de la colonne 9, dans laquelle l'ortho-xylène est séparé des matières moins volatiles. La vapeur se condense dans le rebouilleur 12 et fournit la chaleur de distillation à la colonne 9. De même, environ 230 parties de la vapeur sont employées dans le rebouilleur 16 de la colonne 13 pour fournir la chaleur nécessaire à la séparation entre la fraction de méta-, d'ortho- et de para-xylène et les matières plus légères.
Le condensat du rebouilleur est collecté dans le réservoir 17. Environ 2070 parties du condensat sont recyclées dans la colonne 7 comme reflux. Environ 230 parties du condensat sont envoyées dans la colonne 13, dans laquelle environ 10 parties de produits légers sont retirés en tête à environ 1200 C et 0,35 kg/cm". Une fraction de queue, consistant en 28,50/0 de para-xylène, 67,70/0 de méta-xylène, 2,8 O/o d'ortho-xylène, 1,0 o/o d'éthylbenzène et d'autres substances, est obtenue en quantité d'environ 220 parties.
Une partie de cette fraction de queue est refroidie à environ - 700 C pour cristalliser du para-xylène.
Le para-xylène est séparé par centrifugation en quantité d'environ 15 parties d'une pureté de 98,5 0/o.
Le restant de ladite fraction de queue est réuni au filtrat provenant de la séparation du para-xylène cristallisé et le mélange résultant est isomérisé à environ 4600 C et sous 13,4 kg/cm2 en présence d'hydrogène, ce qui l'enrichit en para-xylène et en ortho-xylène. L'isomérisat a une composition d'environ 190/0 d'ortho-xylène, 21 0/o de para-xylène, 53 0/o de méta-xylène, 1 0/o d'éthylbenzène, 4 0/o d'hydrocarbures plus légers que C8 et 2 o/o d'hydrocarbures plus lourds que C8.
Après une distillation pour éliminer les matières légères et lourdes, l'isomérisat est réuni à la fraction de queue de la colonne 2 et traité comme décrit ci-dessus.
Exemple 2
Environ 110 parties d'un mélange d'hydrocarbures aromatiques C8 ayant la même composition que dans l'exemple 1 sont distillées dans la colonne 2 comme décrit dans l'exemple 1 pour séparer environ 20 parties d'éthylbenzène comme fraction de tête, d'une fraction de queue liquide.
La fraction de queue, en quantité d'environ 90 parties et contenant 26,9 O/o d'ortho-xylène, 22 O/o de para-xylène, 48,9 o/o de méta-xylène et 2, 2 /0 d'éthylbenzène, est réunie à environ 295 parties d'un effluent d'isomériseur purifié. Le mélange résultant est fractionné dans la colonne de distillation 7 à plateaux multiples. Le chauffage est assuré en retirant du liquide de la base de la colonne, en vaporisant ce liquide dans un bouilleur à chauffage indirect et en renvoyant les vapeurs dans la partie inférieure de la colonne 7.
Environ 2555 parties d'une fraction de tête, composée de 22,5 o/o de para-xylène, 17,8 O/o d'ortho-xylène, 54 0/o de méta-xylène et 5,7 0/o d'éthylbenzène et d'impuretés plus volatiles, sont retirées sous forme de vapeur à environ 2200 C et 5,62 kg/cm2. Une fraction de queue, en quantité d'environ 20 parties et contenant environ 750/0 d'ortho-xylène et 25 o/o d'impuretés, est retirée sous forme liquide à environ 2350 C et 5,98 kg/cm2.
Cette fraction de queue est amenée par la conduite 8 dans la colonne de distillation 9 à plateaux multiples, dans laquelle elle est distillée pour séparer environ 16 parties d'un ortho-xylène de grande pureté (96 /o) comme fraction de tête et sous forme de vapeur à environ 1500 C et 0,35 kg/cm2, d'une fraction de queue plus lourde. La fraction de queue lourde est retirée à environ 1750 C et 1,05 kg/cm2.
La fraction de tête, provenant de la colonne 7 et à une température de 2200 C et une pression de 5,62 kg/cm2, est divisée en trois courants. Un courant, en quantité d'environ 1950 parties, est envoyé au rebouilleur 3 à la base de la colonne 2, dans lequel la vapeur se condense et fournit ainsi la chaleur de distillation à la colonne 2. Le deuxième courant, en quantité d'environ 125 parties, est envoyé au rebouilleur 12, à la base de la colonne 9 dans laquelle l'ortho-xylène est séparé des matières moins volatiles. La vapeur se condense dans le rebouilleur 12 et fournit la chaleur de distillation à la colonne 9.
De même, environ 480 parties de la vapeur sont employées dans le rebouilleur 16 de la colonne de distillation 13 pour fournir la chaleur nécessaire pour séparer les matières légères de la fraction de métaxylène, d'ortho-xylène et de para-xylène.
Le condensat des rebouilleurs est collecté dans le réservoir 17. Environ 2190 parties du condensat sont recyclées dans la colonne de distillation 7 comme reflux. Environ 365 parties du condensat sont envoyées dans la colonne 13, dans laquelle 14 par ties de matières légères sont séparées comme fraction de tête à environ 1200 C et 0,35 kg/cm2. Une fraction de queue, en quantité d'environ 351 parties et consistant en 23,3 o/o de para-xylène, 56,5 O/o de méta-xylène, 18,5 O/o d'ortho-xylène, 1,7 O/o d'éthylbenzène et d'autres matières, est obtenue.
Ladite fraction de queue est refroidie à environ - 700 C pour cristalliser le para-xylène. Ce dernier est séparé par centrifugation en quantité d'environ 56 parties. Sa pureté est de 98,5 /o.
Le filtrat est isomérisé à environ 4600 C et 13,4 kg/cm2 en présence d'hydrogène, ce qui l'enrichit en para-xylène et en ortho-xylène, de sorte que l'isomérisat a une composition d'environ 19 O/o d'orthoxylène, 21 O/o de para-xylène, 53 o/o de méta-xylène, 1 /0 d'éthylbenzène, 4 O/o de corps plus légers que
C8 et 2 0/o de corps plus lourds que C9.
L'isomérisat est distillé pour en éliminer les corps lourds et légers, après quoi l'isomérisat est réuni à la fraction de queue de la colonne de distillation 2 et le tout est traité comme décrit plus haut.
La composition du mélange d'hydrocarbures aromatiques de départ peut être très variable, ainsi que le nombre de produits obtenus et la quantité d'un produit donné.