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" Procédé pour la distillation continue des goudrons. "
La présente invention est relative à la distillation des goudrons et plus particulièrement à un procédé de distillation en continu, des goudrons de houilles.
Le goudron, qui est un sous-produit de la carbonisation des charbons, et que l'on recueille au moment du refroidissement des gaz, est un mélange complexe d'un grand nombre de corps qui sont des produits de base de l'industrie chimique (benzol, phénols, pyridines, naphtaline, anthracène, huiles diverses, créosotes, brai, etc...). Ces différents produits sont recueillis dans des fractions que l'on sépare lors de la distillation du goudron.
La distillation du goudron est généralement précédée d'une deshydratation au cours de laquelle l'eau est séparée du goudron par un moyen physique quelconque (décantation sous pression à chaud ou vaporisation de l'eau).
Le goudron déshydraté est ensuite chauffé, puis les huiles séparées globalement en phase vapeur dans un appareil qui travaillesous pression atmosphérique ou sous pression réduite, une injection de vapeur contribuant à la vaporisation
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des huiles et épuisant; le résidu, qui constitue le brai. Les calories nécessaires sont fournies soit par le goudron sur- chauffé dans un pipe-still, soit par un chauffage direct de l'appareil, soit encore par un chauffage indirect (circulation de brai, etc..).
Les vapeurs de toutes les huiles et la vapeur d'eau sont envoyées à la base d'une colonne de fractionnement qui sépare les fractions désirées.
Ce procédé connu présente différents inconvénients : a) la distillation de toutes les huiles en une seule opération conduit à une surchauffe des fractions distillant à basse température qui sont mélangées avec les huiles distillant à haute température; b) le mélange de toutes les fractions d'huiles dans la colonne de fractionnement est préjudiciable au rendement de l'appareil et à la qualité finale des produits obtenus.
L'invention a pour but de fournir un procédé pour la distillation continue des goudrons permettant d'éliminer ces inconvénients des procédés connus et d'obtenir des produits finals d'excellente qualité.
Elle a pour objet un procédé pour la distillation des goudrons remarquable notamment en ce qu'on fait passer le goudron dans une première zone de vaporisation qui sépare sensiblement toutes les fractions légères dudit goudron et on fait ensuite passer le goudron débarrassé des fractions légères dans une seconde zone de vaporisation dans laquelle les fractions lourdes sont séparées du brai.
Suivent une autre caractéristique du procédé de l'invention on sépare d'une part les fractions légères entre elles et d'autre part les fractions lourdes entre elles dans des colonnes de fractionnement distinctes mais reliées entre elles de telle manière que les vapeurs quittant le sommet
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de la zone de fractionnement des fractions lourdes arrivent à la base de la colonne de fractionnement des fractions légères et que le liquide provenant de la base de cette dernière co- lonne soit envoyé au sonnet de la colorie de fractionnement des fractions lourdes.
Suivant un mode de mise en oeuvre du procédé, on déshydrate le goudron brut dans une zone de déshydratation avant de l'envoyer dans la première zone de vaporisation, mais cette déshydratation n'est pas absolument nécessaire et il est possible, si on le désire, et si la nature du goudron le permet, d'envoyer directement le goudron hydraté à la premièrezone de vaporisation.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre.
Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple, la figure unique est un schéma d'une installation de distillation continue des goudrons pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention.
Le goudron liquide 'brut arrive par une canalisation 1 et traverse un écliangeur de chaleur 2 où il est mis en contact thermique avec des vapeurs légères provenant de la colonne de fractionnement des fractionslégères du procédé par une canalisation 3. Le goudron brut, qui est porté de cette manière à une température de 70-80 C environ, est amené par une canalisation 4 à travers un échangeur de chaleur 5 où il s'échauffe sur les huiles chaudes quittant les colonnes de fractionnement du procédé, jusqu'à une température de 120"C environ. Le goudron brut ainsi chauffé est conduit par une conduite 6 à une zone de déshydratation 7 constituée par un déshydrateur classique où le goudron est maintenu à une température de l'ordre de 140 C sous la pression atmosphérique.
Dans ce déshydrateur l'eau se vaporise avec des produits légers contenus dans le
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goudron. Les vapeurs formées qui sortent par le conduit 8 sont condensées ; l'eau est décantée en 9 et les huiles légères qui avaient été entraînées retournent au déshydrateur par le conduit 10.
Le goudron déshydraté quitte le déshydrateur 7 par la canalisation 11 qui comporte un distributeur 12 grâce auquel une partie de ce goudron déshydraté peut être pompé par une pompe 13 et envoyé à travers un échangeur de chaleur 14 où il est chauffé sur le brai provenant de la seconde zone de vaporisation du procédé. Le goudron quittant l'échangeur 14 est retourné par la conduite 15, à une température de 190-200 C environ, au déshydrateur 7 où il apporte les calories nécessaires pour maintenir ce déshydrateur à la température de fonctionnement désirée.
Le goudron déshydraté quittant le déshydrateur 7 par la canalisation 11 est pompé par une pompe 16 et envoyé à travers un faisceau 17 de chauffage où il est porté à une température de l'ordre de 250 C, par exemple par épuisement des fumées du four de chauffage de l'installation comme on ltexpli- quera plus loin. Il quitte ce faisceau. 17 par une canalisation 18 qui l'amène à la première zone de vaporisation 9. Un distributeur 50, situé sur la canalisation 18, permet à une partie de ce goudron réchauffé et déshydraté de retourner au déshydrateur 7 par une canalisation 51 si des calories supplémentaires sont nécessaires à la déshydratation (dans le cas d'une quantité d'eau exceptionnelle pour le goudron).
Si l'on ne désire pas déshydrater le goudron 'brut, on envoie celui-ci directement de la sortie de l'échangeur 2 à la zone de vaporisation 19 sans passer par les dispositifs intermédiaires..
La première zone de vaporisation ou "flash" 19 comprend une zone de vaporisation proprement dite;une zone d'arrêt de primage sur les vapeurs et une zone d'épuisement sur le liquide
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résiduaire; elle fonctionne normalement sous la pression atmos-- phérique et à une température d'environ 300 C C. Les fractions légères quittent cette zone de vaporisation 19 et gagnent par une conduite 20 une colonne de fractionnement 21 dont le fonc- tionnement sera décrit ultérieurement.
Le goudron débarrassé de ses fractions légères quitte la zone 19 par une canalisation 22 et il est pompé par une pompe 23 pour être envoyé à travers un faisceau de chauffage
24 d'où. il sort à une température de 390 à 400 C environ pour être envoyé, à travers une vanne de détente 25, vers une se- conde zone de vaporisation 26.
Un distributeur 27, placé en amont de la pompe 23 sur la canalisation 22, permet, grâce à une pompe 28, d'envoyer une partie de ce goudron débarrassé des fractions légères à travers un faisceau de chauffage 29 où il est chauffé à
350-360*0 environ pour être.retourné par une canalisation 30 à la première zone de vaporisation 19 où il apporte les calories nécessaires à la vaporisation des fractions légères (benzol, huiles phénoliques ,naphtaline brute et une partie de l'huile de débenzolage). Le débit du goudron traversant le faisceau
29 représente environ deux fois le débit nominal du goudron brut.
Les faisceaux 24 et 29 sont chauffés soit par un brûleur à gaz ou à huile (par radiation), soit par des fumées chaudes produites par un foyer indépendant (par convention), soit par tout autre moyen approprié. Les fumées provenant de ces fais- ceaux servent a fournir les calories au faisceau de chauffage 17 précédemment cité.
Le goudron qui traverse le faisceau.24- est maintenu par la vanne de détente 25 sous une pression qui évite la vapori# ' sation des huiles, ceci n'étant possible que parce que les fractions légères ont déjà été enlevées dans la zone -de vapo-
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risation 19.
La seconde zone de vaporisation ou. "flash" 26 comprend également une zone de vaporisation proprement dite, une zone d'arrêt de primage sur les vapeurs et une zone d'épuisement sur le liquide résiduaire. La vaporisation est assurée par de la vapeur d'eau surchauffée à 350 C qui est envoyée par le conduit 31 dans la zone 26 sous un débit représentant 4 à 5 % du débit du goudron. Dans cette zone 26, toutes les huiles ou fractions lourdes sont vaporisées et quittent la zone par une canalisation 32 pour pénétrer à la base d'une colonne de fractionnement 33. Le brai épuisé s'écoule par une canalisation 34 qui le conduit à l'échangeur de température 14 où il réchauffe le goudron de recyclage du deshydrateur comme indiqué précédemment. Il est alors évacué par la canalisation 35.
Les colonnes de fractionnement 21 et 33 sont, par exemple, constituées d'un assemblage de plateaux de rectification à barbotage (20 à 50 ou plus selon la finesse du fractionnement désiré). Elles sont reliées l'une à l'autre par deux conduites : l'une 36, conduit les vapeurs quittant le sommet de la colonne 33 à la base de la colonne 21, et l'autre 37 conduit le liquide provenant de la base de la colonne 21 au sommet de la colonne 33 au moyen d'une pompe, non représentée.
Un distributeur 38 placé sur la canalisation 37 permet de renvoyer par une conduite 39 une partie de ce dernier liquide à la première zone de vaporisation 19 afin d'y être à nouveau vaporisée et d'apporter à la colonne de fractionnement 21 des calories supplémentaires donnant un reflux interne plus important.
La disposition en série des colonnes de fractionnement 21 et 33 permet de profiter du reflux de la colonne 33 qui s'additionne à celui de la colonne 21 et d'améliorer ainsi les coupages des fractions d'huileslégères, et aussi d'uti-
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liser le même groupe d'appareil de condensation pour les deux colonnes.
A la base de la colonne 33 on soutire l'huile anthracé- nique par la conduite 40. Dans le milieu de la même colonne on retire l'huile de débenzolage par la conduite 41 (cette huile distille par exemple entre 235 et 290 mais ces limites de température peuvent être modifiées si on le désire). Grâce au procédé de l'invention, ces huiles sont exemptes de produits légers puisque ceux-ci ont été séparés dans la zone de vaporisation 19, c'est-à-dire bien avant la distillation des dites huiles.
Comme on l'a dit précédemment les vapeurs quittant le sommet de la colonne 33 sont envoyées par la canalisation 36 à la base de la colonne de fractionnement 21 des fractions légères. Dans le milieu de cette colonne 21 on recueille la naphtaline brute par la conduite 42. Le procédé de l'invention permet d'obtenir une naphtaline brute ayant un point de fusion de 70'C qui, après lavage à la soude, donne une fraction à 75 C de point de fusion, soit à 90% de naphtaline, qui est une matière première déjà fortement élaborée pour la fabrication de la naphtaline pure. Le procédé de l'invention permet de retirer par la conduite 42 une grande quantité de naphtaline 85 à 90%, de la naphtaline totale du goudron ce qui est extrêmement avantageux.
A la partie supérieure de la colonne 21, on soutire la fraction d'huile phénolique par la canalisatior 43. Cette huile distille, par exemple, entre 160 et 200*C mais il est naturellement possible de modifier ces limites de distillation à volonté en modifiant les caractéristiques de la colonne de fractionnement.
Quant aux vapeurs légères constituées par la fraction benzoliquè, elles quittent la colonne 21 par la canalisation 3
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au sommet de celle-ci qui les amène, comme déjà indiqué, dans l'échangeur de température 2 où elles réchauffent le goudron brut entrant dans l'installation.
En sortant de l'échangeur 2, ces vapeurs légères tra- versent un condenseur 44 puis un décanteur 45 dans lequel l'eau est séparée du benzol. Celui-ci est pompé par une pompe 46 et envoyé par une conduite 47 à la tête de la colonne 21 où il constitue le reflux. On le retire du procédé au. moyen d'un distributeur 48 placé sur la conduite 47 et qui l'envoie dans une canalisation d'évacuation 49. Ce benzol représente la fraction distillant entre 0 et 160*C environ (limites qu'il est également possible de modifier à volonté).
Il ressort de ce qui précède que, par la mise en oeuvre du procédé de l'invention, - on peut séparer les huiles ou fractions légères du goudron à basse température ce qui évite la détérioration de celles-ci par l'emploi de températures excessives; - on peut obtenir des fractions lourdes exemptes de produits légers ; - on peut augmenter à volonté les reflux internes dans la colonne de fractionnement des fractions légères grâce au recyclage d'huile dans la première zone de vaporisation par la conduite 39 ce qui permet d'améliorer la qualité de ces fractions légères; - on peut récupérer toutes les calories disponibles à différent potentiel, le chauffage du goudron étant progressif d'un bout à l'autre du procédé et la vaporisation des huiles s'effectuant en deux stades et à des températures croissantes;
- On effectue le fractionnement des huiles dans deux colonnes séparées ce qui permet d'adapter celles-ci aux débits de liquides et de vapeurs qui sont différents de l'une à l'autre;
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- le goudron est toujours maintenu à une température inférieure à celle à laquelle il se vaporise, de ce fait, aucune vaporisation n'apparaît dans les tubes (vaporisation qui entraînerait des risques de cokéfaction); - la fourniture des calories à l'ensemble n'est assurée que par une ou deux sources de chaleur alimentant les faisceaux 24 et 29, toutes les autres calories nécessaires étant obtenues par récupération.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de mise en oeuvre représenté et décrit qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Ainsi le procédé est particulièrement adapté à la distillation des goudrons primaires (goudrons obtenus par cokéfaction des charbons ou lignites à basse ou moyenne température) dans lesquels se trouve une grande quantité d'huiles légères particulièrement sensibles à la chaleur. Dans ce cas, la fraction de naphtaline est remplacée par une fraction d'huile moyenne.
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"Process for the continuous distillation of tars."
The present invention relates to the distillation of tars and more particularly to a process for the continuous distillation of coal tars.
Tar, which is a by-product of the carbonization of coals, and which is collected when the gases are cooled, is a complex mixture of a large number of substances which are basic products of the chemical industry (benzol, phenols, pyridines, naphthalene, anthracene, various oils, creosotes, pitch, etc.). These various products are collected in fractions which are separated during the distillation of the tar.
The distillation of the tar is generally preceded by a dehydration during which the water is separated from the tar by any physical means (decantation under hot pressure or vaporization of the water).
The dehydrated tar is then heated, then the oils separated generally in vapor phase in a device which works under atmospheric pressure or under reduced pressure, an injection of vapor contributing to the vaporization.
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oils and exhausting; the residue, which constitutes the pitch. The necessary calories are supplied either by the tar overheated in a pipe still, or by direct heating of the apparatus, or even by indirect heating (circulation of pitch, etc.).
The vapors of all the oils and the water vapor are sent to the base of a fractionation column which separates the desired fractions.
This known process has various drawbacks: a) the distillation of all the oils in a single operation leads to overheating of the fractions distilling at low temperature which are mixed with the oils distilling at high temperature; b) the mixing of all the oil fractions in the fractionation column is detrimental to the efficiency of the apparatus and to the final quality of the products obtained.
The object of the invention is to provide a process for the continuous distillation of tars which makes it possible to eliminate these drawbacks of the known processes and to obtain final products of excellent quality.
It relates to a process for the distillation of tar which is remarkable in particular in that the tar is passed through a first vaporization zone which substantially separates all the light fractions from said tar and the tar freed from the light fractions is then passed through a second vaporization zone in which the heavy fractions are separated from the pitch.
Another characteristic of the process of the invention follows, on the one hand the light fractions are separated from each other and on the other hand the heavy fractions from each other in separate fractionation columns but interconnected in such a way that the vapors leaving the top
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from the heavy fractionation zone arrive at the base of the light fractionation column and the liquid from the base of the latter column is sent to the sonnet of the heavy fractionation colorway.
According to an embodiment of the process, the raw tar is dehydrated in a dehydration zone before sending it to the first vaporization zone, but this dehydration is not absolutely necessary and it is possible, if desired. , and if the nature of the tar allows it, to send the hydrated tar directly to the first vaporization zone.
Other characteristics and advantages of the invention will become apparent during the description which follows.
In the appended drawing, given solely by way of example, the single figure is a diagram of an installation for the continuous distillation of tars for carrying out the process of the invention.
The raw liquid tar arrives through a pipe 1 and passes through a heat spreader 2 where it is placed in thermal contact with light vapors coming from the fractionation column of the light fractions of the process through a pipe 3. The raw tar, which is carried in this way at a temperature of approximately 70-80 C, is brought by a pipe 4 through a heat exchanger 5 where it is heated on the hot oils leaving the fractionation columns of the process, up to a temperature of 120 "C approximately. The crude tar thus heated is led by a pipe 6 to a dehydration zone 7 constituted by a conventional dehydrator where the tar is maintained at a temperature of the order of 140 C under atmospheric pressure.
In this dehydrator the water vaporizes with light products contained in the
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tar. The vapors formed which exit through line 8 are condensed; the water is decanted in 9 and the light oils which had been entrained return to the dehydrator through line 10.
The dehydrated tar leaves the dehydrator 7 through line 11 which has a distributor 12 through which part of this dehydrated tar can be pumped by a pump 13 and sent through a heat exchanger 14 where it is heated on the pitch coming from the second vaporization zone of the process. The tar leaving the exchanger 14 is returned through line 15, at a temperature of approximately 190-200 C, to the dehydrator 7 where it supplies the calories necessary to maintain this dehydrator at the desired operating temperature.
The dehydrated tar leaving the dehydrator 7 via the pipe 11 is pumped by a pump 16 and sent through a heating bundle 17 where it is brought to a temperature of the order of 250 ° C., for example by exhausting the fumes from the heating furnace. heating of the installation, as will be explained later. He leaves this beam. 17 by a pipe 18 which leads it to the first vaporization zone 9. A distributor 50, located on the pipe 18, allows a part of this heated and dehydrated tar to return to the dehydrator 7 through a pipe 51 if additional calories are necessary for dehydration (in the case of an exceptional quantity of water for the tar).
If it is not desired to dehydrate the raw tar, it is sent directly from the outlet of the exchanger 2 to the vaporization zone 19 without passing through the intermediate devices.
The first vaporization zone or "flash" 19 comprises a vaporization zone proper, a stop zone for priming on the vapors and an exhaustion zone on the liquid.
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residual; it operates normally under atmospheric pressure and at a temperature of about 300 ° C. The light fractions leave this vaporization zone 19 and pass through a line 20 to a fractionation column 21, the operation of which will be described later.
The tar freed of its light fractions leaves zone 19 through a pipe 22 and is pumped by a pump 23 to be sent through a heating bundle
24 hence. it leaves at a temperature of approximately 390 to 400 C to be sent, through an expansion valve 25, to a second vaporization zone 26.
A distributor 27, placed upstream of the pump 23 on the pipe 22, makes it possible, thanks to a pump 28, to send part of this tar free of light fractions through a heating bundle 29 where it is heated to
350-360 * 0 approximately to be returned by a pipe 30 to the first vaporization zone 19 where it provides the calories necessary for the vaporization of the light fractions (benzol, phenolic oils, crude naphthalene and part of the debenzolating oil ). The flow of the tar passing through the beam
29 represents approximately twice the nominal flow rate of the raw tar.
The beams 24 and 29 are heated either by a gas or oil burner (by radiation), or by hot fumes produced by an independent fireplace (by convention), or by any other appropriate means. The fumes from these bundles serve to supply the heat to the heating bundle 17 previously mentioned.
The tar which passes through the bundle. 24- is maintained by the expansion valve 25 under a pressure which prevents the vaporization of the oils, this being possible only because the light fractions have already been removed in the zone -de. vapo-
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risation 19.
The second vaporization zone or. "flash" 26 also comprises a vaporization zone proper, a stop zone for priming on the vapors and a zone for depleting the waste liquid. Vaporization is provided by superheated water vapor at 350 ° C. which is sent through line 31 to zone 26 at a flow rate representing 4 to 5% of the tar flow rate. In this zone 26, all the oils or heavy fractions are vaporized and leave the zone through a pipe 32 to penetrate at the base of a fractionation column 33. The spent pitch flows through a pipe 34 which leads it to the temperature exchanger 14 where it heats the recycling tar from the dehydrator as indicated above. It is then evacuated through line 35.
The fractionation columns 21 and 33 are, for example, made up of an assembly of bubble rectification plates (20 to 50 or more depending on the fineness of the desired fractionation). They are connected to each other by two pipes: one 36, conducts the vapors leaving the top of the column 33 at the base of the column 21, and the other 37 conducts the liquid coming from the base of column 21 at the top of column 33 by means of a pump, not shown.
A distributor 38 placed on the pipe 37 allows part of the latter liquid to be returned via a pipe 39 to the first vaporization zone 19 in order to be vaporized there again and to supply the fractionation column 21 with additional calories giving greater internal reflux.
The serial arrangement of the fractionation columns 21 and 33 makes it possible to take advantage of the reflux from column 33 which is added to that of column 21 and thus improve the blends of the light oil fractions, and also of use.
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Read the same group of condensing apparatus for both columns.
At the base of column 33, the anthracene oil is withdrawn via line 40. In the middle of the same column, the debenzol oil is withdrawn via line 41 (this oil distils for example between 235 and 290 but these temperature limits can be changed if desired). Thanks to the process of the invention, these oils are free from light products since these have been separated in the vaporization zone 19, that is to say well before the distillation of said oils.
As previously stated, the vapors leaving the top of column 33 are sent through line 36 to the base of fractionation column 21 for light fractions. In the middle of this column 21, the crude naphthalene is collected via line 42. The process of the invention makes it possible to obtain a crude naphthalene having a melting point of 70 ° C. which, after washing with sodium hydroxide, gives a fraction at 75 C of melting point, that is to say at 90% of naphthalene, which is a raw material already highly developed for the manufacture of pure naphthalene. The process of the invention makes it possible to remove, through line 42, a large quantity of naphthalene 85 to 90% of the total naphthalene from the tar, which is extremely advantageous.
At the top of column 21, the phenolic oil fraction is withdrawn through line 43. This oil distills, for example, between 160 and 200 ° C but it is naturally possible to modify these distillation limits at will by modifying the characteristics of the fractionation column.
As for the light vapors formed by the benzolic fraction, they leave column 21 through line 3
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at the top of this which brings them, as already indicated, into the temperature exchanger 2 where they heat the raw tar entering the installation.
On leaving exchanger 2, these light vapors pass through a condenser 44 then a settling tank 45 in which the water is separated from the benzol. This is pumped by a pump 46 and sent via a pipe 47 to the head of column 21 where it constitutes the reflux. It is removed from the process. by means of a distributor 48 placed on the pipe 47 and which sends it to an evacuation pipe 49. This benzol represents the fraction distilling between 0 and 160 ° C approximately (limits which can also be modified at will) .
It emerges from the foregoing that, by implementing the process of the invention, - the oils or light fractions of the tar can be separated at low temperature, which prevents the deterioration thereof by the use of excessive temperatures ; - heavy fractions can be obtained free of light products; the internal reflux in the light fractions fractionation column can be increased at will by recycling oil in the first vaporization zone via line 39, which makes it possible to improve the quality of these light fractions; - It is possible to recover all the calories available at different potentials, the heating of the tar being progressive throughout the process and the vaporization of the oils taking place in two stages and at increasing temperatures;
- The oils are fractionated in two separate columns which makes it possible to adapt them to the flow rates of liquids and vapors which are different from one to the other;
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- the tar is always maintained at a temperature lower than that at which it vaporizes, therefore, no vaporization appears in the tubes (vaporization which would entail risks of coking); - The supply of calories to the assembly is only ensured by one or two heat sources supplying the beams 24 and 29, all the other necessary calories being obtained by recovery.
Of course, the invention is not limited to the embodiment shown and described which has been given only by way of example. Thus the process is particularly suitable for the distillation of primary tars (tars obtained by coking coals or lignites at low or medium temperature) in which there is a large quantity of light oils which are particularly sensitive to heat. In this case, the naphthalene fraction is replaced by an average oil fraction.