EP1656595A1 - Procede et dispositif pour le pilotage en continu d un proce ssus de cristallisation dans un milieu reactionnel - Google Patents
Procede et dispositif pour le pilotage en continu d un proce ssus de cristallisation dans un milieu reactionnelInfo
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- EP1656595A1 EP1656595A1 EP04786313A EP04786313A EP1656595A1 EP 1656595 A1 EP1656595 A1 EP 1656595A1 EP 04786313 A EP04786313 A EP 04786313A EP 04786313 A EP04786313 A EP 04786313A EP 1656595 A1 EP1656595 A1 EP 1656595A1
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B7/00—Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions
Definitions
- the present invention relates to a method and a device for the control, that is to say the continuous control and monitoring, of a process. of crystallization in a reaction medium and, more particularly, in a paraffin crystallization unit, integrated for example, in a line for manufacturing lubricating oils of an oil refinery.
- a paraffin crystallization unit integrated for example, in a line for manufacturing lubricating oils of an oil refinery.
- the crystallization phenomenon which essentially consists of a change of state, by the formation of a crystalline solid phase from a liquid medium (which may be in the form of a molten substance or in solution) or of a gaseous product is commonly used in industrial processes to carry out operations for the separation or purification of different chemical species.
- the formation of crystal germs also called “nucleation”
- the rate of growth of the size of the crystals also called “germination”
- their number and also their shape are all characteristics having an important impact, as either directly or indirectly, on the yields and commercial values of the products treated or manufactured downstream of the crystallization unit.
- the values of these characteristics depend directly on the operating conditions adopted for the crystallization unit and, in particular, on the rate of cooling of the reaction medium.
- this cooling rate is slow, nucleation is reduced, resulting in the formation of a small number of germs, which will later produce large crystals and, conversely, when the cooling rate is rapid, the formation of germs is abundant, generating small and numerous crystals.
- the size of the crystals and their propensity to agglomerate, when this is large, with an increased risk of uncontrolled insertion of a different and often undesired chemical species between the crystals thus formed, are also essential parameters for the conduct of a crystallization process, directly linked to the quality of the products produced.
- a crystallization unit for example from the observation of the crystals being formed.
- Several devices for measuring the shape of crystals nevertheless exist in the art, but they are essentially intended for the laboratory.
- US-A-5 619 043 and US-A-5 815 264 describe systems for acquiring in the laboratory images of a multiphasic fluid in polymerization or crystallization reactions.
- WO 95/06238 relates to a device preferably operating with a laser for measuring in the laboratory the characteristics of forms of particles which have circulated, for example, in an industrial process using crystallization.
- These operating conditions can be the feed rates of the crystallization unit, that is to say the rates of the various hydrocarbon fractions coming from the petroleum distillation operation, the feed rates of dilution solvents to lower the viscosity of the reaction medium, the kinetics of the temperatures of cooling of this medium, as well as its stirring, or even the quantity injected with a possible dewaxing additive.
- the invention therefore has as a first object a process for the continuous control of a crystallization process occurring in a reaction medium, this process being characterized in that: - as close as possible to the liquid reaction medium ( 1) containing the compound to be crystallized in the dissolved state, an observation system (3, 7) of an amount representative of this reaction medium, - successive images of the crystals are produced with this observation system ( 4) present in the liquid reaction medium, - the images obtained by computer (8) and electronic means are analyzed to deduce therefrom information on certain characteristics of these crystals, and - we send, according to the information thus obtained and by comparison with previously defined values, this information in the form of electrical signals for controlling one or more functional parameters of the reaction medium, with a view to maintaining ir the said characteristics of the crystals in a predetermined range.
- the reaction medium can, for example, be that of a chemical reactor or a heat exchanger, for example with scraped internal surfaces, as used in the processes for the production of lubricating oils and paraffins, in a refinery of oil.
- the observation system is generally an optical device, known in the art, allowing the examination by sight of an object at rest or in movement, with possibilities of enlarging the image thus obtained.
- this observation system will be chosen according to the desired magnification of the object observed. It could be an endoscope, with a magnification of less than 10, preferably having a rigid shape, or a microscope tube of the binocular type with high magnification (between 5 and 60).
- the lighting of the field of observation can be achieved by any means and, preferably, by lightning flashes coming from an optical fiber connected upstream to a flash of the type used in photographic cameras.
- the internal lighting device of the endoscope will be used to obtain a high contrast image.
- the incident light intended for the illumination of the observation field can be filtered by means of an interference filter or by any diffractometric system, in order to isolate a series of wavelengths, or a precise wavelength, by example a blue or red light which is particularly well suited to the lighting of paraffin crystals.
- the reaction medium can be observed directly at places chosen for their representativeness of this medium, such as for example directly above an open reactor, or perpendicular to a wall, possibly via a transparent window separating the system observation of the reaction medium.
- An internal finger-shaped well can also be used, to allow observation located more inside the reaction medium, or even a loop suitable sampling, allowing continuous isolation of a representative quantity of the reaction medium.
- a camera Connected to the observation system, a camera records the images according to a previously defined frequency, the latter being able to vary so that the images are recorded continuously or successively, preferably at a frequency of less than 20 images per minute and, in such a way even more preferred, less than 10 images per minute.
- Lighting by triggering the flash is synchronized with the shots of the camera, which then functions as a camera recorder of photographs.
- the recording of the images is done in digital form in the acquisition format specific to the camera, which can be equipped with a digital sensor greater than or equal to 785 x 512 pixels.
- the digital images recorded by the camera are successively transmitted to a microcomputer, then individually processed by image processing software, such as for example the Visilog software, sold by the company Noesis. Numerous possibilities are offered by this type of software, such as the statistical calculation, for example, of the shapes of the crystals, or the suppression of the edge effects of the photography, linked for example to possible stains of the observation window.
- Each crystal, or a statistical set of crystals, thus photographed and then analyzed, is or are considered to be one or more objects on which various measurements are made, among which are: - the equivalent diameter or the projected diameter, which corresponds to the measurement of the diameter of a disc having the same apparent surface as that of the object analyzed; - the diameter of Feret (or maximum distance between two points present on the object); - the perimeter; - from the surface; - the number of crystals; or any other parameter accounting for the complexity or the ramification of the shape of the crystal.
- the previously selected measured quantity will then be converted, by means of a computer, into a deviation from a reference value of this same quantity initially fixed.
- This calculator will then transform this difference into an electrical or optical signal, which will then be sent to a computer programmed to control one or more parameters for adjusting the crystallization unit.
- the measurement system will therefore be easy to automate, since it will suffice to control it by at least one programmed automatic device, controlled by means of a computer, to trigger the unit adjustment sequences.
- the control valves for example flow rates of dilution solvents, located along the crystallization line, or quantities of additives (for example dewaxing aid, in the case of a unit of dewaxing) will also be controlled in a known manner by the computer, depending on the difference recorded between a measured quantity and its set value.
- the duration of a complete cycle of measurements accompanied by the necessary action on the parameters of the unit will depend on the time necessary for the recording of the digital image, its processing by the computer, the duration for the transmission of the or electrical signals to the control means of the unit, as well as the reaction time of the latter. In practice, this duration is generally less than one hour, preferably less than ten minutes and, even more preferably, less than two minutes.
- This reaction time of the process of the present invention constitutes a considerable advantage compared to the techniques usually used and which essentially consist of a control of the crystallization a posteriori with reaction times greater than one hour, or even much greater, which can lead to, for lack of instant readability of the manufacturing criteria, downgrading of the products, consequently resulting in a serious shortfall for the operator.
- the invention also relates to a device for the continuous control of a crystallization process occurring in a liquid reaction medium (1), containing the compound to be crystallized in the dissolved state, this device being characterized in that it comprises: - a system for observing a quantity representative of the reaction medium capable of being placed in the closer to it, - a light source capable of emitting a luminous flux at predefined time intervals in the reading field of the observation system, - connected to the observation system, a digital camera capable of acquiring successive digital images of the crystals present in the reaction medium and located in the field of view of the observation means, - connected to the camera, an image processing system capable of analyzing the images transmitted by this camera to deduce certain characteristics of the crystals observed, - connected to this image processing system a calculation means able to compare the measured characteristics with predetermined values mined and transforming this information into electrical signals, to control one or more functional parameters in a predetermined domain, and - connected to this calculation means, a programmed device for controlling the functional parameters of the crystallization
- the endoscope observation head can be equipped with a prism made of a transparent material mounted to pivot and provided with means for adjusting the distance from its position, in order to be able to modify the field of observation of the endoscope and to optimize the taking of images according to the orientation of this endoscope, the available space or the direction of movement of the flow in the reaction medium.
- the light source is connected to the endoscope (or more generally to the optical instrument) via an optical fiber. This light source may be white, or have a more restricted spectrum, but it must be able to locally illuminate the reaction medium in a sufficient, but brief, manner to allow the taking pictures in good conditions by the camera or the sensor.
- This camera can advantageously include means for regulating the temperature of its CCD sensor (from the English Charge Coupled Device) which is preferably cooled by the Pelletier effect, in order to avoid variations in noise. as a function of temperature differences, which could disturb the measurements.
- the device according to the invention preferably comprises a computer and electronic system for analyzing images in order to deduce therefrom a number of characteristics specific to crystals in the nucleation or germination phase, consisting for example of a microcomputer of standard type equipped with commercial image processing software.
- a means of calculation makes it possible: - to compare the characteristics measured on the crystals of the reaction medium with values initially introduced into memory and which represent reference values, that is to say values of the characteristics desired for the crystals and deemed correct by the operator, - transforming the results of this comparison into electrical signals in real time, - sending these electrical signals to means for controlling different functional parameters of the reaction medium.
- the calculation means is integrated into the microcomputer equipped with the image processing software. These control means are generally slaved valves for regulating the flow rates in different fluids for supplying the reaction medium or in dewaxing additive, as well as particular means well known to those skilled in the art, making it possible to vary the cooling temperature. , or even trigger and vary the agitation of the reaction medium.
- Figure 1 is an overall diagram illustrating the method and the device according to the invention
- Figure 2 is a detail view of the endoscope used in this embodiment
- Figure 3 is an enlarged view showing the pivoting prism with which this endoscope is fitted.
- the device shown in FIG. 1 allows continuous control of a crystallization process occurring in a reaction medium of an enclosure 1, supplied in an adjustable manner with various reagents or additives by pipes 2, themselves provided with controllable valves remotely (not shown).
- the operating conditions of the reaction medium are themselves adjustable.
- the invention can be applied both to a static reaction medium located in an enclosure and to a medium in the form of a continuous flow, such as a production line for a product in an industrial process.
- the observation head of an endoscope 3 is immersed in the reaction medium, with a view to observing the formation and the evolution of the crystals 4 which appear therein.
- this endoscope 3, which will be described below in more detail with reference to FIGS. 2 and 3, is connected to a light generator 5, which projects this light in the form of a beam 6 into the enclosure 1, thus than a digital camera 7, intended to observe the evolution of crystallization in the observation field of the endoscope.
- the images of the crystals 4 recorded by the camera 7 are transmitted to a microcomputer 8 to which it is connected, with a view to analyzing the images and deducing therefrom information on certain characteristics of the crystals present in the field of observation of the endoscope and their evolution as a function of the cooling time and temperature.
- This information is then compared, by means of calculation internal to the microcomputer, with values predetermined by the operator, the resulting from this comparison being transformed into electrical signals, which are then transmitted to a programmed control center 9, which adjusts the flow rates in a predetermined range, according to the needs of the operator.
- the CCD sensor of camera 7 is thermally stabilized, preferably by the Pelletier effect, in order to eliminate the stresses due to temperature variations, therefore to variations in background noise having effects on the quality of the measurements.
- the image processing device 8 after a preset intended to optimize the brightness and the contrast of these images, is intended in particular to count the crystals present in the light beam 6 and to determine their distribution as a function of their size.
- the endoscope 3 is illustrated by FIGS. 2 and 3. It is tubular in shape and its end intended to be introduced into the reaction medium to be studied comprises a transparent window 11, mounted in leaktight manner, facing which opens a beam 12 of optical fibers, connected to the light generator 5.
- the window 11 can have any inclination relative to the axis of the endoscope, this inclination being chosen as a function of the orientation of the endoscope and of the space available inside the enclosure.
- an eyepiece At the other end of the endoscope 3 is provided an eyepiece
- This additive generally designated by the generic name of "De axing aid" (dewaxing aid) and marketed for example by the companies Infineum or Nalco, makes it possible to modify the crystal growth of the crystals in order to favor the formation of sparse agglomerates , which have the particularity of not retaining the oil by imprisonment.
- the amounts injected as a dewaxing additive depend on the nature of the feedstock treated and, in particular, these injected amounts must be greater for a feedstock composed essentially of heavy hydrocarbon molecules. It is therefore all the more important to be able to automatically control the quantities of additives injected for optimizing the costs of dewaxing additives.
- the present example which has no limiting value as regards the implementation of the invention, shows that the use of the method and the device in accordance with the invention makes it possible to optimize the amounts injected with dewaxing additive and therefore, the cost of using this additive.
- the crystallization unit comprises a set of exchangers intended to cool the charge to be treated with frigories supplied in particular by propane evaporators.
- the exchangers are fitted with double jacket tubes in which the cold fluid circulates, counter-current to the load.
- the circulation lines of said charge can be scraped by automatic devices, to avoid the deposition of paraffin on the internal walls. 13
- the feedstock (oil + paraffin mixtures) to be treated in the crystallization unit comes from the vacuum distillation of a residue from the atmospheric distillation of crude oil. Prior to its treatment by crystallization, this charge is deasphalted with liquid propane, then flavored by liquid / liquid extraction to separate the saturated and naphthenic hydrocarbons from the aromatic hydrocarbons.
- Table 1 Characteristics of the charge of the crystallization unit.
- the device according to the invention is arranged on a pass of a scraped surface heat exchanger (the crystallization unit), located upstream of the filtration unit, via a microscope tube with a magnification of 50.
- the observation of the reaction medium is carried out through a transparent window arranged in the thickness of the loop of the heat exchanger.
- the frequency of the flash producing white light is
- the form of implementation B of the invention observed during a period of one year, made it possible to optimize the quantities of additives injected, leading overall to a saving which could vary from 150 to 300 kg / day, i.e. an estimated gain, taking into account the cost of these additives, of approximately 300,000 to 600,000 Euros per year.
- the invention has been described essentially in its application to the dewaxing of lubricating base oils, it will be clear to those skilled in the art that it can also be applied to any type of crystallization process occurring in a liquid reaction medium.
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Abstract
L'invention concerne un procédé pour le pilotage en continu d'un processus de cristallisation se produisant dans un milieu réactionnel (1), dans lequel: l'on dispose au plus près du milieu réactionnel liquide (1) contenant le composé à cristalliser à l'état dissous, un système d'observation (3, 7) d'une quantité représentative de ce milieu réactionnel, l'on réalise avec ce système d'observation des images successives des cristaux (4) présents dans le milieu réactionnel liquide, l'on analyse les images obtenues par des moyens informatiques (8) et électroniques pour en déduire des informations sur certaines caractéristiques de ces cristaux, et l'on envoie, en fonction des informations ainsi obtenues et par comparaison à des valeurs préalablement définies, ces informations sous forme de signaux électriques pour commander un ou plusieurs paramètres fonctionnels du milieu réactionnel, en vue de maintenir les dites caractéristiques des cristaux dans un domaine prédéterminé.
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LE PILOTAGE EN CONTINU D'UN PROCESSUS DE CRISTALLISATION DANS UN MILIEU REACTIONNEL La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour le pilotage, c'est-à-dire la conduite et le contrôle en continu, d'un processus de cristallisation dans un milieu réactionnel et, plus particulièrement, dans une unité de cristallisation de paraffines, intégrée par exemple, dans une ligne de fabrication d'huiles lubrifiantes d'une raffinerie de pétrole. II est connu que le phénomène de cristallisation, qui consiste essentiellement en un changement d'état, par formation d'une phase solide cristalline à partir d'un milieu liquide (pouvant se présenter sous forme de substance fondue ou en solution) ou d'un produit gazeux, est couramment utilisé dans des procédés industriels pour réaliser des opérations de séparation ou de purification de différentes espèces chimiques. On sait aussi que la maîtrise de ce phénomène de cristallisation en milieu industriel, par exemple en chimie, en pharmacie, en pétrochimie ou encore dans le raffinage du pétrole, est un des paramètres critiques pour la conduite d'un procédé de fabrication, dont dépend directement la qualité des produits fabriqués. En effet, dans la plupart de ces procédés, il est essentiel de contrôler au plus près l'étape de cristallisation, afin de pouvoir adapter en conséquence les conditions opératoires du milieu réactionnel, en vue d'optimiser le phénomène d'apparition de la phase cristalline. En particulier, la formation des germes des cristaux, encore appelée « nucléation », la vitesse d'accroissement de la taille des cristaux, aussi dénommée « germination », leur nombre et aussi leur forme, sont autant de caractéristiques ayant une incidence importante, que ce soit directement ou indirectement, sur les rendements et les valeurs commerciales des produits traités ou fabriqués en aval de l'unité de cristallisation. De plus, les valeurs de ces caractéristiques dépendent directement des conditions opératoires adoptées pour l'unité de cristallisation et, notamment, de la vitesse de refroidissement du milieu réactionnel. C'est ainsi que, quand cette vitesse de refroidissement est lente, la nucléation est réduite, entraînant la formation d'un petit nombre de germes,
qui produiront ultérieurement des gros cristaux et, à l'inverse, quand la vitesse de refroidissement est rapide, la formation des germes est abondante, engendrant des cristaux petits et nombreux. La taille des cristaux et leur propension à s'agglomérer, quand celle- ci est importante, avec un risque accru d'insertion non contrôlée d'une espèce chimique différente et souvent non souhaitée entre les cristaux ainsi formés, sont également des paramètres essentiels pour la conduite d'un processus de cristallisation, directement liés à la qualité des produits fabriqués. On ne dispose cependant pas aujourd'hui de moyens permettant un pilotage en continu d'une unité de cristallisation, par exemple à partir de l'observation des cristaux en cours de formation. On procède généralement et simplement à un examen de prélèvements effectués à différents intervalles de temps, pouvant aller jusqu'à plusieurs heures, ou à une observation à posteriori du milieu réactionnel ou des cristaux formés, pour agir en temps différé sur les conditions opératoires dudit processus de cristallisation. Plusieurs dispositifs permettant la mesure de la forme des cristaux existent néanmoins dans la technique, mais ils sont essentiellement destinés au laboratoire. C'est ainsi que US-A-5 619 043 et US-A-5 815 264 décrivent des systèmes pour acquérir en laboratoire des images d'un fluide multiphasique dans des réactions de polymérisation ou de cristallisation. WO 95/06238 concerne un dispositif fonctionnant de préférence avec un laser pour mesurer en laboratoire les caractéristiques de formes de particules ayant circulé, par exemple, dans un procédé industriel faisant appel à la cristallisation. D'autres techniques ont également été proposées, comme celles basées sur l'amélioration de la méthode néphélométrique développée par la société Chevron, ou sur la mesure de la vitesse de propagation des ultra-sons dans un lubrifiant, après séparation des paraffines (Grzegorz Kozakowski, Central Petroleum Laboratory, Warsaw, Poland et Maήusz Lipowicz, Gdansk refinery S. A., Poland). Tous ces dispositifs et toutes ces techniques ne permettent pas le pilotage en continu des paramètres opératoires d'un processus de cristallisation, par exemple dans une unité de cristallisation, à
partir de l'observation directe des cristaux présents dans le milieu réactionnel. On ne dispose donc pas actuellement dans la technique de procédés ou de dispositifs permettant d'agir directement et en temps réel, à partir des observations effectuées directement sur des cristaux en cours de formation, sur les conditions opératoires du milieu réactionnel, afin de procéder de manière automatique à des ajustements sur ces conditions, de manière à modifier les caractéristiques de ces cristaux, ou encore à appliquer une cinétique spécifique au processus de cristallisation. Ceci est d'autant plus regrettable que les caractéristiques physiques des cristaux ont un effet important sur les opérations auxquelles ils sont ensuite soumis, notamment à l'occasion de procédés de séparation ou de filtration. Il apparaît donc nécessaire d'être en mesure de bien contrôler et maîtriser le phénomène de cristallisation, lorsque celui-ci est inclus dans un processus industriel. C'est ainsi que, dans l'industrie du raffinage du pétrole, la qualité et les quantités des huiles de base lubrifiantes fabriquées, ainsi que la valorisation des paraffines dans différents segments du marché, notamment celui de l'industrie alimentaire, dépendent, entre autres procédés de traitement et de finition, de l'efficacité du processus de séparation des huiles et des paraffines. Un tel procédé de séparation, encore appelé dans la profession « déparaffinage des huiles en milieu solvant », qui nécessite des moyens industriels considérables, avec des coûts de fonctionnement et d'entretien élevés, aura un rendement d'autant plus important que le phénomène de cristallisation des paraffines situé en amont de celui- ci sera contrôlé et piloté au mieux des capacités et du dimensionnement de l'unité correspondante. C'est à cette dernière application, qui constitue un type d'utilisation industrielle de l'invention, que l'on se référera plus précisément dans la suite de la présente description, sans que ceci ait un caractère limitatif pour la mise en œuvre de l'invention. En vue de pallier cette absence, dans la technique, de solution simple et efficace pour le pilotage en continu d'un processus de cristallisation se produisant dans un milieu réactionnel, la
Demanderesse propose de recourir à un moyen bien connu dans une autre technique, à savoir l'utilisation d'un système d'enregistrement d'images, appliqué précisément aux cristaux en cours de formation ou préalablement formés, au sein même du milieu réactionnel, ces images étant ensuite traitées par des moyens informatiques et électroniques pour être transformées en signaux électriques, directement exploitables par un organe de commande programmé agissant sur certaines conditions opératoires, préalablement choisies et automatisées, de l'unité de cristallisation. Ces conditions opératoires peuvent être les débits de charge de l'unité de cristallisation, c'est-à-dire les débits des différentes coupes d'hydrocarbures provenant de l'opération de distillation du pétrole, les débits d'alimentation en solvants de dilution pour abaisser la viscosité du milieu réactionnel, la cinétique des températures de refroidissement de ce milieu, ainsi que son agitation, ou encore la quantité injectée d'un éventuel additif de déparaffinage. L'invention a par conséquent pour premier objet un procédé pour le pilotage en continu d'un processus de cristallisation se produisant dans un milieu réactionnel, ce procédé étant caractérisé en ce que : - l'on dispose au plus près du milieu réactionnel liquide (1) contenant le composé à cristalliser à l'état dissous, un système d'observation (3, 7) d'une quantité représentative de ce milieu réactionnel, - l'on réalise avec ce système d'observation des images successives des cristaux (4) présents dans le milieu réactionnel liquide, - l'on analyse les images obtenues par des moyens informatiques (8) et électroniques pour en déduire des informations sur certaines caractéristiques de ces cristaux, et - l'on envoie, en fonction des informations ainsi obtenus et par comparaison à des valeurs préalablement définies, ces informations sous forme de signaux électriques pour commander un ou plusieurs paramètres fonctionnels du milieu réactionnel, en vue de maintenir les dites caractéristiques des cristaux dans un domaine prédéterminé.
Le milieu réactionnel peut, par exemple, être celui d'un réacteur chimique ou d'un échangeur de chaleur, par exemple à surfaces internes raclées, tel qu'utilisé dans les procédés de fabrication des huiles lubrifiantes et des paraffines, dans une raffinerie de pétrole. Le système d'observation est généralement un dispositif optique, connu dans la technique, permettant l'examen par visée d'un objet au repos ou en mouvement, avec des possibilités d'agrandissement de l'image ainsi obtenue. De préférence, ce système d'observation sera choisi en fonction du grossissement souhaité de l'objet observé. Il pourra être un endoscope, avec un grossissement inférieur à 10, présentant, de manière préférée, une forme rigide, ou un tube de microscope de type binoculaire à fort grossissement (entre 5 et 60). L'éclairage du champ d'observation peut-être réalisé par tout moyen et, de préférence, par des éclairs lumineux en provenance d'une fibre optique reliée en amont à un flash du type utilisé dans les appareils photographiques. Avantageusement, le dispositif d'éclairage interne de l'endoscope sera utilisé pour obtenir une image à contraste élevé. La lumière incidente destinée à l'éclairage du champ d'observation peut être filtrée au moyen d'un filtre interférentiel ou par tout système diffractométrique, afin d'isoler une série de longueurs d'onde, ou une longueur d'onde précise, par exemple une lumière bleu ou rouge qui est particulièrement bien adaptée à l'éclairage des cristaux de paraffine. Le milieu réactionnel peut être observé directement à des endroits choisis pour leur représentativité de ce milieu, comme par exemple à l'aplomb d'un réacteur ouvert, ou perpendiculairement à une paroi, éventuellement par l'intermédiaire d'une fenêtre transparente séparant le système d'observation du milieu réactionnel. L'homme du métier n'aura aucune difficulté à définir les angles de positionnement du système d'observation pour obtenir une image d'une qualité et d'un contraste suffisants pour une exploitation informatique ultérieure. Un puits interne en forme de doigt peut également être utilisé, pour permettre une observation située plus à l'intérieur du milieu réactionnel, ou encore une boucle
d'échantillonnage adaptée, permettant d'isoler en continu une quantité représentative du milieu réactionnel. Connectée au système d'observation, une caméra enregistre les images suivant une fréquence préalablement définie, cette dernière pouvant varier de façon telle que les images soient enregistrées en continu ou successivement, de préférence à une fréquence inférieure à 20 images par minute et, de manière encore plus préférée, inférieure à 10 images par minute. L'éclairage par des déclenchements du flash, ce dernier devant être de forte puissance mais de très courte durée, est synchronisé avec les prises de vue de la caméra, qui fonctionne alors comme un appareil enregistreur de photographies. L'enregistrement des images se fait sous forme numérique dans le format d'acquisition propre à la caméra, qui peut être équipée d'un capteur numérique supérieur ou égal à 785 x 512 pixels. Les images numériques enregistrées par la caméra sont successivement transmises à un micro-ordinateur, puis traitées individuellement par un logiciel de traitement d'images, comme par exemple le logiciel Visilog, commercialisé par la société Noesis. De nombreuses possibilités sont offertes par ce type de logiciel, telles que le calcul statistique, par exemple, des formes des cristaux, ou la suppression des effets de bord de la photographie, liés par exemple à des souillures éventuelles de la fenêtre d'observation. Chaque cristal, ou un ensemble statistique de cristaux, ainsi photographié(s), puis analysé(s), est ou sont considérés comme un ou des objets sur lesquels on procède à différentes mesures, parmi lesquelles, celles : - du diamètre équivalent ou du diamètre projeté, qui correspond à la mesure du diamètre d'un disque possédant la même surface apparente que celle de l'objet analysé ; - du diamètre de Féret (ou distance maximale entre deux points présents sur l'objet) ; - du périmètre ; - de la surface ; - du nombre de cristaux ; ou de tout autre paramètre rendant compte de la complexité ou de la ramification de la forme du cristal.
Pour chacune des mesures effectuées sur un enregistrement d'image, la grandeur mesurée préalablement choisie sera ensuite convertie, par l'intermédiaire d'un calculateur, en écart par rapport à une valeur de consigne de cette même grandeur initialement fixée. Ce calculateur transformera ensuite cet écart en un signal électrique, ou optique, qui sera alors envoyé vers un ordinateur programmé pour piloter un ou plusieurs paramètres de réglage de l'unité de cristallisation. Le système de mesure sera donc facile à automatiser, puisqu'il suffira de le commander par au moins un dispositif automatique programmé, piloté par l'intermédiaire d'un ordinateur, pour déclencher les séquences de réglage de l'unité. Bien entendu, les vannes de réglage, par exemple des débits en solvants de dilution, situées tout au long de la ligne de cristallisation, ou des quantités d'additifs (par exemple d'aide au déparaffinage, dans le cas d'une unité de déparaffinage) seront également commandées de manière connue par l'ordinateur, en fonction de l'écart enregistré entre une grandeur mesurée et sa valeur de consigne. La durée d'un cycle complet de mesures accompagnées de l'action nécessaire sur les paramètres de l'unité dépendra du temps nécessaire pour l'enregistrement de l'image numérique, son traitement par l'ordinateur, la durée pour la transmission du ou des signaux électriques vers les moyens de commande de l'unité, ainsi que du temps de réaction de ces derniers. Dans la pratique, cette durée est généralement inférieure à une heure, de préférence inférieure à une dizaine de minutes et, de manière encore plus préférée, inférieure à deux minutes. Ce temps de réaction du procédé de la présente invention constitue un avantage considérable par rapport aux techniques utilisées habituellement et qui consistent essentiellement en un contrôle de la cristallisation a posteriori avec des temps de réaction supérieurs à une heure, voire beaucoup plus importants, pouvant entraîner, par manque de lisibilité instantanée des critères de fabrication, un déclassement des produits, entraînant par conséquent un sérieux manque à gagner pour l'exploitant. L'invention a également pour objet un dispositif pour le pilotage en continu d'un processus de cristallisation se produisant
dans un milieu réactionnel liquide (1), contenant le composé à cristalliser à l'état dissous, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend : - un système d'observation d'une quantité représentative du milieu réactionnel apte à être disposé au plus près de celui-ci, - une source de lumière apte à émettre un flux lumineux à des intervalles de temps prédéfinis dans le champ de lecture du système d'observation, - connectée au système d'observation, une caméra numérique apte à acquérir des images numériques successives des cristaux présents dans le milieu réactionnel et situés dans le champ de visée du moyen d'observation, - connecté à la caméra, un système de traitement d'images apte à analyser les images que lui transmet cette caméra pour en déduire certaines caractéristiques des cristaux observés, - connecté à ce système de traitement d'image un moyen de calcul apte à comparer les caractéristiques mesurées à des valeurs prédéterminées et à transformer ces informations en signaux électriques, pour commander un ou plusieurs paramètres fonctionnels dans un domaine prédéterminé, et - connecté à ce moyen de calcul, un dispositif programmé de commande des paramètres fonctionnels de l'unité de cristallisation. Comme système d'observation, on peut avantageusement utiliser un endoscope et, dans ce cas, la tête d'observation de l'endoscope peut être équipée d'un prisme fabriqué en un matériau transparent monté pivotant et pourvu de moyens de réglage à distance de sa position, en vue de pouvoir modifier le champ d'observation de l'endoscope et d'optimiser la prise d'images en fonction de l'orientation de cet endoscope, de l'espace disponible ou du sens de déplacement du flux dans le milieu réactionnel. Dans une telle forme de réalisation, la source de lumière est raccordée à l'endoscope (ou plus généralement à l'instrument optique) par l'intermédiaire d'une fibre optique. Cette source lumineuse peut être blanche, ou comporter un spectre plus restreint, mais elle doit être apte à éclairer localement le milieu réactionnel d'une manière suffisante, mais brève, pour permettre les
prises de vues dans de bonnes conditions par la caméra ou le capteur. Cette caméra, de préférence numérique, peut comporter avantageusement des moyens de régulation de la température de son capteur CCD (de l'anglais Charge Coupled Device) qui est, de préférence, refroidi par effet Pelletier, en vue d'éviter des variations de bruit de fond en fonction des écarts de températures, susceptibles de perturber les mesures. Le dispositif conforme à l'invention comporte, de préférence, un système informatique et électronique d'analyse des images pour en déduire un certain nombre de caractéristiques propres aux cristaux en phase de nucléation ou germination, constitué par exemple d'un micro-ordinateur de type courant équipé d'un logiciel de traitement d'image du commerce. Connecté à ce système, un moyen de calcul permet : - de comparer les caractéristiques mesurées sur les cristaux du milieu réactionnel à des valeurs initialement introduites en mémoire et qui représentent des valeurs de consigne, c'est à dire des valeurs des caractéristiques désirées pour les cristaux et réputées correctes par l'exploitant, - de transformer en temps réel les résultats de cette comparaison en signaux électriques, - d'envoyer ces signaux électriques à des moyens de commande de différents paramètres fonctionnels du milieu réactionnel. Avantageusement, le moyen de calcul est intégré dans le micro-ordinateur équipé du logiciel de traitement d'image. Ces moyens de commande sont généralement des vannes asservies pour réguler les débits en différents fluides d'alimentation du milieu réactionnel ou en additif de déparaffinage, ainsi que des moyens particuliers bien connus de l'Homme du métier, permettant de faire varier la température de refroidissement, ou encore déclencher et faire varier l'agitation du milieu réactionnel. Une forme de mise en œuvre de l'invention va être décrite ci- après plus en détail, en référence aux dessins schématiques annexés. Sur ces dessins :
La figure 1 est un schéma d'ensemble illustrant le procédé et le dispositif conformes à l'invention ; La figure 2 est une vue de détail de l'endoscope utilisé dans cette forme de mise en oeuvre ; La figure 3 est une vue à plus grande échelle, montrant le prisme pivotant dont est équipé cet endoscope. Le dispositif représenté sur la figure 1 permet le pilotage en continu d'un processus de cristallisation intervenant dans un milieu réactionnel d'une enceinte 1, alimentée de manière réglable en divers réactifs ou additifs par des conduites 2, elles-mêmes munies de vannes commandables à distance (non représentées). Les conditions opératoires du milieu réactionnel (température etc..) sont elles-mêmes réglables. L'invention peut s'appliquer aussi bien à un milieu réactionnel statique situé dans une enceinte qu'à un milieu se présentant sous forme d'un flux continu, tel qu'une ligne de fabrication d'un produit dans un procédé industriel. Conformément à l'invention, la tête d'observation d'un endoscope 3 baigne dans le milieu réactionnel, en vue d'observer la formation et l'évolution des cristaux 4 qui apparaissent dans celui- ci. Avantageusement, cet endoscope 3, qui sera décrit ci-après plus en détail en référence aux figures 2 et 3, est connecté à un générateur 5 de lumière, qui projette cette lumière sous forme d'un faisceau 6 dans l'enceinte 1, ainsi qu'à une caméra numérique 7, destinée à observer l'évolution de la cristallisation dans le champ d'observation de l'endoscope. Compte-tenu du niveau d'éclairage du milieu réactionnel autour de la tête de mesure de l'endoscope, l'homme du métier adaptera l'intensité de la lumière et la fréquence des flashs pour obtenir une bonne qualité d'image des cristaux. Les images des cristaux 4 enregistrées par la caméra 7 sont transmises à un micro-ordinateur 8 auquel elle est connectée, en vue d'analyser les images et d'en déduire des informations sur certaines caractéristiques des cristaux présents dans le champ d'observation de l'endoscope et sur leur évolution en fonction du temps et de la température de refroidissement. Ces informations sont ensuite comparées, par des moyens de calcul internes au micro-ordinateur, à des valeurs prédéterminées par l'exploitant, la
résultante de cette comparaison étant transformée en signaux électriques, qui sont ensuite transmis à une centrale programmée de commande 9, qui ajuste les débits dans un domaine prédéterminé, en fonction des besoins de l'exploitant. Comme il a été indiqué ci-dessus, le capteur CCD de la caméra 7 est stabilisé thermiquement, de préférence par effet Pelletier, afin d'éliminer les contraintes dues aux variations de température, donc à des variations du bruit de fond ayant des incidences sur la qualité des mesures. Le dispositif 8 de traitement des images, après un préréglage destiné à optimiser la brillance et le contraste de ces images, est destiné notamment à compter les cristaux présents dans le faisceau lumineux 6 et à déterminer leurs distribution en fonction de leur taille. Il peut aussi fournir diverses informations sur la morphologie et la structure de ces cristaux, afin de pouvoir suivre et contrôler en temps réel la cinétique de cristallisation. L'endoscope 3 est illustré par les figures 2 et 3. Il est de forme tubulaire et son extrémité destinée à être introduite dans le milieu réactionnel à étudier comprend une fenêtre transparente 11, montée de façon étanche, en regard de laquelle débouche un faisceau 12 de fibres optiques, connectées au générateur de lumière 5. La fenêtre 11 peut avoir une inclinaison quelconque par rapport à l'axe de l'endoscope, cette inclinaison étant choisie en fonction de l'orientation de l'endoscope et de l'espace disponible dans l'enceinte. A l'autre extrémité de l'endoscope 3 sont prévus un oculaire
13 et des organes de raccordement à la caméra 7. A l'intérieur de l'endoscope est logée une optique de lentilles
14 destinées à redresser l'image observée et, entre cette optique et la fenêtre 11, est monté pivotant par rapport à l'axe de l'endoscope un prisme en verre 15, commandable à distance et disposé en face d'une seconde fenêtre transparente 16, contiguë à la fenêtre 11 et, comme celle-ci, destinée à baigner dans le milieu réactionnel à étudier. Il est ainsi possible de faire varier à volonté l'inclinaison du prisme 15 pour optimiser les conditions de prise d'image, en fonction de l'inclinaison de l'endoscope, de l'espace disponible dans l'enceinte 1 et de la direction du flux dans cette enceinte.
On notera la grande simplicité de mise en oeuvre du procédé et du dispositif conformes à l'invention. Les enregistrements des images des cristaux en cours de nucléation ou germination s'effectuent successivement et, le traitement des images étant lui même automatique, le pilotage de l'unité de cristallisation peut, par conséquent, s'effectuer en temps quasiment réel. Exemple Pour améliorer le déparaffinage des huiles de base lubrifiantes par le procédé de filtration sur tambour rotatif, couramment utilisé dans une raffinerie de pétrole, l'exploitant a généralement recours à l'injection, lors de l'étape de cristallisation, de quantités importantes d'un additif de déparaffinage. Cet additif, généralement désigné par l'appellation générique de « De axing aid » (auxiliaire de déparaffinage) et commercialisé par exemple par les sociétés Infineum ou Nalco, permet de modifier la croissance cristalline des cristaux afin de favoriser la formation d'agglomérats peu denses, qui ont la particularité de ne pas retenir l'huile par emprisonnement. De plus, les quantités injectées en additif de déparaffinage dépendent de la nature de la charge traitée et, en particulier, ces quantités injectées doivent être plus importantes pour une charge composée essentiellement de molécules hydrocarbonées lourdes. Il est donc d'autant plus important de pouvoir piloter automatiquement les quantités d'additifs injectées pour une optimisation des coûts en additifs de déparaffinage. Le présent exemple, qui n'a aucune valeur limitative quant à la mise en œuvre de l'invention, montre que l'utilisation du procédé et du dispositif conformes à l'invention permet d'optimiser les quantités injectées d'additif de déparaffinage et par conséquent, le coût lié à l'utilisation de cet additif. L'unité de cristallisation comprend un ensemble d'échangeurs destinés à refroidir la charge à traiter avec des frigories fournies notamment par des évaporateurs au propane. Les échangeurs sont équipés de tubes à doubles enveloppes dans lesquelles circule le fluide froid, à contre-courant de la charge. Les lignes de circulation de ladite charge peuvent être raclées par des dispositifs automatiques, pour éviter le dépôt de paraffine sur les parois internes.
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La charge (mélanges huiles + paraffines) à traiter de l'unité de cristallisation est issue de la distillation sous vide d'un résidu de distillation atmosphérique du pétrole brut. Préalablement à son traitement par cristallisation, cette charge est désasphaltée au propane liquide, puis désaromatisée par extraction liquide /liquide pour séparer les hydrocarbures saturés et naphténiques des hydrocarbures aromatiques. Les caractéristiques de la charge telle que définie ci-dessus sont rassemblées dans le Tableau 1 suivant. Tableau 1 : Caractéristiques de la charge de l'unité de cristallisation.
Deux formes de mise en œuvre, A et B, de l'unité de cristallisation ont été réalisées, l'une, A, d'un type usuel et l'autre,
B, conforme à l'invention, avec la même charge que celle définie ci- dessus. Le dispositif conforme à l'invention est disposé sur une passe d'un échangeur de chaleur à surface raclée (l'unité de cristallisation), situé en amont de l'unité de filtration, par l'intermédiaire d'un tube de microscope avec un grossissement de 50. L'observation du milieu réactionnel est réalisée à travers une fenêtre transparente aménagée dans l'épaisseur de la boucle de l'échangeur de chaleur. La fréquence du flash produisant une lumière blanche est de
10 éclairs par minute. Le paramètre calculé est le diamètre de Féret. Les principaux résultats sont indiqués dans le Tableau 2.
Tableau 2 : Comparaison des résultats obtenus avec une marche sans mise en œuvre de l'invention (A) et avec une marche intégrant la mise en œuvre de l'invention (B)
Alors que, dans la forme usuelle A de mise en oeuvre, l'exploitant avait l'habitude de surévaluer les quantités injectées d'additif de déparaffinage, la forme de mise en œuvre B de l'invention, observée pendant une période d'une année, a permis d'optimiser les quantités d'additifs injectés, conduisant globalement à une économie pouvant varier de 150 à 300 kg/jour, soit un gain estimé, compte tenu du coût de ces additifs, d'environ 300 000 à 600 000 Euros par an. Bien que l'invention ait été décrite essentiellement dans son application au déparaffinage des huiles de base lubrifiantes, il sera clair, pour l'homme du métier, qu'elle peut s'appliquer également à tout type de processus de cristallisation se produisant dans un milieu réactionnel liquide.
Claims
REVENDICATIONS 1. Procédé pour le pilotage en continu d'un processus de cristallisation se produisant dans un milieu réactionnel (1), ce procédé étant caractérisé en ce que : - l'on dispose au plus près du milieu réactionnel liquide (1) contenant le composé à cristalliser à l'état dissous, un système d'observation (3, 7) d'une quantité représentative de ce milieu réactionnel, - l'on réalise avec ce système d'observation des images successives des cristaux (4) présents dans le milieu réactionnel liquide, - l'on analyse les images obtenues par des moyens informatiques (8) et électroniques pour en déduire des informations sur certaines caractéristiques de ces cristaux, et - l'on envoie, en fonction des informations ainsi obtenus et par comparaison à des valeurs préalablement définies, ces informations sous forme de signaux électriques pour commander un ou plusieurs paramètres fonctionnels du milieu réactionnel, en vue de maintenir les dites caractéristiques des cristaux dans un domaine prédéterminé.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le milieu réactionnel liquide (1) est présent dans un réacteur chimique
3. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le milieu réactionnel est présent dans un échangeur de chaleur à surfaces internes raclées.
4. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le système d'observation comprend un endoscope (3).
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'endoscope (3) a une forme oblongue.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le système d'observation comprend un tube de microscope de type binoculaire.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une fenêtre transparente est disposée entre le système d'observation et le milieu réactionnel (1).
8. Procédé selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le système d'observation comprend également une caméra
(7)- 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'éclairage de la zone d'observation est réalisée par des éclairs lumineux en provenance d'un flash (5).
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la fréquence des éclairs lumineux en provenance du flash (5) est synchronisée avec celle des prises de vue par la caméra (7).
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la fréquence d'enregistrement des images est inférieure à 20 par minute et, de préférence, inférieure à 10 par minute.
12. Procédé selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que la caméra (7) est du type à enregistrement numérique.
13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les mesures réalisées sur les images des cristaux (4) concernent leur diamètre équivalent, et/ ou leur diamètre de Féret, et/ ou leur périmètre, et/ ou leur surface, et/ ou la rugosité de leur périmètre, et ou leur nombre.
14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les enregistrements des images des cristaux, l'analyse de ces images par un logiciel spécifique, la transmission des informations obtenues sous forme de signaux électriques à des organes de commande et le pilotage de ces organes sont effectués par au moins un dispositif automatique programmé.
15. Procédé selon les revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la durée totale d'un cycle de mesure est inférieure à 1 heure, de préférence inférieure à une dizaine de minutes et, de manière encore plus préférée, inférieure à 2 minutes.
16. Dispositif pour le pilotage en continu d'un processus de cristallisation se produisant dans un milieu réactionnel liquide (1) contenant le composé à cristalliser à l'état dissous, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend : - un système d'observation (3) d'une quantité représentative du milieu réactionnel apte à être disposé au plus près de celui-ci, - une source de lumière (5) apte à émettre un flux lumineux à des intervalles de temps prédéfinis dans le champ de lecture (6) du système d'observation, - connectée au système d'observation, une caméra (7) apte à acquérir des images numériques successives des cristaux (4) présents dans le milieu réactionnel (1) et situés dans le champ de visée du moyen d'observation, - connecté à la caméra (7), un système (8) de traitement d'images apte à analyser les images que lui transmet cette caméra pour en déduire certaines caractéristiques des cristaux observés, - connecté à ce système de traitement d'image, un moyen de calcul apte à comparer les caractéristiques mesurées à des valeurs prédéterminées, à transformer ces informations en signaux électriques, pour commander un ou plusieurs paramètres fonctionnels du milieu réactionnel, en vue de maintenir ces caractéristiques dans un domaine prédéterminé, et - connecté à ce moyen de calcul, un dispositif programmé de commande des paramètres fonctionnels de l'unité de cristallisation.
17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que le système d'observation comprend un endoscope (3).
18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que la tête d'observation de l'endoscope comporte un prisme pivotant (15) en un matériau transparent.
19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que la position du prisme (15) est réglable à distance.
20. Dispositif selon l'une des revendications 15 à 18, caractérisé en ce que la source de lumière comprend un flash (5) connecté par une fibre optique au champ d'observation des cristaux.
21. Dispositif selon l'une des revendications 16 à 20, caractérisé en ce qu'un filtre interférentiel est disposé sur le trajet optique du système d'éclairage du champ d'observation de façon à isoler certaines longueur d'ondes prédéterminées.
22. Dispositif selon l'une des revendications 16 à 21, caractérisé en ce qu'un ensemble diffractométrique est disposé sur le trajet optique du système d'éclairage du champ d'observation, de façon à isoler certaines longueurs d'ondes prédéterminées.
23. Dispositif selon l'une des revendications 16 à 21, caractérisé en ce que la caméra (7) est du type à enregistrement numérique.
24. Dispositif selon la revendication 23, caractérisé en ce que le capteur de la caméra (7) est refroidi par effet Peltier.
25. Dispositif selon l'une des revendications 16 à 24, caractérisé en ce que le système informatique comprend un microordinateur (8) et un logiciel de traitement d'images.
26. Utilisation du procédé selon la revendication 1 ou du dispositif selon la revendication 16 pour régler en continu la composition d'un milieu réactionnel liquide (1), dans lequel se produit un processus de cristallisation d'un composé dissous dans ledit milieu réactionnel liquide, et les conditions opératoires de la réaction, en fonction des caractéristiques observées des cristaux obtenus par analyse des images, en vue de maintenir ces caractéristiques dans un domaine prédéterminé.
27. Utilisation selon la revendication 26, dans un processus de déparaffinage d'huiles lubrifiantes.
28. Utilisation selon la revendication 27, caractérisée en ce que la composition du milieu réactionnel est réglée par injection commandée d'Une quantité injectée d'additif de déparaffinage.
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