EP2419186A1 - Procede et installation de distillation de petrole reutilisant des energies de bas niveau thermique - Google Patents

Procede et installation de distillation de petrole reutilisant des energies de bas niveau thermique

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Publication number
EP2419186A1
EP2419186A1 EP10718237A EP10718237A EP2419186A1 EP 2419186 A1 EP2419186 A1 EP 2419186A1 EP 10718237 A EP10718237 A EP 10718237A EP 10718237 A EP10718237 A EP 10718237A EP 2419186 A1 EP2419186 A1 EP 2419186A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mixture
preheating
liquid
distillation
vaporized
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10718237A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Tahar Benali
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP2419186A1 publication Critical patent/EP2419186A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/143—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column by two or more of a fractionation, separation or rectification step
    • B01D3/148—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column by two or more of a fractionation, separation or rectification step in combination with at least one evaporator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
    • B01D17/02—Separation of non-miscible liquids
    • B01D17/04—Breaking emulsions
    • B01D17/045—Breaking emulsions with coalescers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/143—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column by two or more of a fractionation, separation or rectification step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G7/00—Distillation of hydrocarbon oils
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/40—Characteristics of the process deviating from typical ways of processing
    • C10G2300/4006—Temperature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination

Definitions

  • the present invention relates to a method and an installation for the distillation of a multicomponent mixture.
  • the thermal energy required for the separation of petroleum constituents is mainly introduced by preheating the mixture to be distilled. This preheating is partly carried out with the heat that can be recovered from the thermal conditioners of the finished products and from the distillation column, thanks to lateral recirculations.
  • the fluid passing through the lateral recirculation is at a temperature above 100 0 C, and up to 350 0 C or 400 0 C.
  • the mixture is then superheated in a vaporization oven to finally be brought to the distillation column.
  • the object of the invention is therefore to reduce the quantity of fossil fuel required for the implementation of distillation processes of multicomponent mixtures, for example oil, by recovering and recovering low-level energy available elsewhere, either in the distillation process itself, either in the near environment of this process, in the plant or refinery.
  • Low-level energy is understood to mean “low temperature” calories, typically less than 100 ° C., which are otherwise released into the environment with cooling water or condensates of heating vapor.
  • the document FR-2,703,600 describes a process for the distillation of complex mixtures in which, during the preheating step, at least one separation step of the mixture is provided, the vaporized part of the mixture being directly supplied to the column of distillation.
  • the object of the invention is therefore to reduce the energy consumption induced by the distillation processes of multicomponent mixtures, without requiring major modifications of the process and without causing significant material investments, while ensuring the quantity and quality of the finished products. .
  • the invention relates to a process for the distillation of a multicomponent liquid mixture such as crude oil comprising: (a) a step of preheating said mixture
  • step (c) a step of distilling said vaporized mixture, in which process, during step (a) of preheating, is used heat from step (c) whose temperature is greater than 100 ° C. and at least one separation step of said preheated mixture is carried out in a liquid part and a vaporized part, the latter part corresponding to at least one component of the mixture and being directly treated during the distillation stage (c), and the treated mixture during the vaporization step (b) being depleted of said vaporized part, characterized in that it comprises a complementary heating step, in which low thermal level residual energies whose temperature is below 100 ° C. are used. . It is understood that this prior separation step reduces the number of constituents present in the mixture which is treated during the vaporization step and therefore, in the lower part of the column.
  • This prior separation step therefore has the direct result of reducing the charge supplied to the steam oven and thus saving the energy necessary for the operation of this oven.
  • This supplementary preheating stage may concern all or part of the mixture to be distilled. It can be performed in series with the step (a) preheating and upstream thereof or in parallel with a portion of step (a).
  • This separation step is preferably carried out adiabatically and it advantageously intervenes after a possible preliminary treatment step of the mixture.
  • This treatment step consists, for example, in a desalination when the mixture is oil.
  • the preheating step (a) comprises at least two successive substeps, each of which is followed by a liquid / vapor separation step.
  • the at least two substeps are performed in series or in parallel.
  • a separation step may be common to at least two substeps, whether they are performed in series or in parallel.
  • the invention also relates to an installation for the distillation of a multicomponent liquid mixture such as crude oil comprising: at least one means for preheating the vaporization means and a distillation column at least one liquid / vapor separation means, located after preheating means and, at the outlet of said separation means, means for directly bringing the part of said vaporized mixture and corresponding to at least one constituent, into said distillation column, characterized in that it also comprises, upstream of said at least one preheating means, a heating means using residual energies of low thermal level, the temperature of which is less than 100 ° C.
  • the distillation column comprising different trays each corresponding to a given temperature and at least one component, said supply means open at the plateau of the distillation column corresponding to a temperature and at a concentration of at least a constituent close to those of the vaporized part.
  • This feature makes it possible to make the best use of the beneficial effects of the prior separation of a constituent.
  • the liquid / vapor separation means is located, preferably, downstream of a possible pre-treatment means of the mixture.
  • the installation can in particular be a desalination tank, when the installation is intended for the distillation of oil.
  • the installation preferably comprises as many liquid / vapor separation means as preheating means.
  • FIG. 1 which illustrates a conventional distillation system of 2, which illustrates an installation according to the invention, corresponding to the installation of FIG. 1, in which new means have been introduced
  • FIG. 3 which illustrates a variant embodiment of a preheating train of FIG. a conventional oil distillation plant
  • Figure 4 which illustrates a preheating train according to the invention, corresponding to that of Figure 3, wherein new means have been introduced.
  • the purpose of this description is to describe the characteristic means of the invention, their operation and their advantages.
  • the conventional installation illustrated in FIG. 1 comprises a preheating train 2 with preheating means 21 to 26, through which the mixture is heated, before being brought to the steaming oven 3, the vaporized mixture then serving to supply the distillation column 4.
  • the preheating of the mixture takes place in two stages, separated by a desalination step carried out in the desalination tank 5.
  • a flow of crude oil is first brought into the first heating means 21 by means symbolized by the arrow 1 and heated therein.
  • the latter is conventionally a heat exchanger that heats the oil through the flow of kerosene produced in the stripper 62 and transmitted to the exchanger by the means symbolized by the arrow 621.
  • the recovery of kerosene at the outlet of the exchanger 21 is symbolized by the arrow 622.
  • the mixture available at the outlet of exchanger 21 is supplied to heating means 22 which is also conventionally a heat exchanger.
  • This exchanger uses the flow that flows in the means 71, located between the heating means 22 and the column 4.
  • These means allow the circulation of fluid extracted from a tray of the column 4, from the upper part 41 of the column to the heating means 22, then the return of the cooled fluid to the upper part 41.
  • These means 71 are conventionally referred to as first lateral recirculation. They contribute to the control of the thermal profile of the distillation column.
  • the mixture at the outlet of the heating means 22 is supplied to the desalination tank 5.
  • This reservoir 5 is conventionally a magnetic field desalination tank, in which the oil is freed from dissolved salts which are eliminated in the aqueous phase and incondensable gases which are separated in a small cutting tower which is not illustrated on FIG. 1.
  • the water brought into the inlet of the tank 5 is symbolized by the arrow 50, while the water recovered at the outlet of the tank 5 is symbolized by the arrow 51.
  • the mixture obtained at the outlet of the tank 5 is fed to a third heating means 23 which is an exchanger using the energy of the product coming from the stripper 61 (of the diesel) and which is transmitted to the exchanger by the means symbolized by the arrow 611.
  • the diesel recovery at the outlet of the exchanger 23 is symbolized by the arrow 612.
  • the mixture available at the outlet of the third heating means 23 is sent to the fourth heating means 24 which is still a heat exchanger.
  • This exchanger uses the flow that circulates in the means 72, located between the heating means 24 and the column 4. These means allow the circulation of fluid extracted from the central or intermediate portion 42 of the column, to the heating means 24, then the return of the cooled fluid to the intermediate portion 42.
  • These means 72 are conventionally referred to as second lateral recirculation.
  • the mixture at the outlet of the heating means 24 is supplied to the fifth heating means 25.
  • This is again an exchanger which allows the mixture to be heated by the diesel fuel from the stripper 60 and transmitted to the exchanger by the means symbolized by the arrow 601.
  • the recovery of the diesel fuel at the outlet of the exchanger 24 is symbolized by the arrow 602.
  • the mixture obtained at the outlet of the fifth heating means 25 is supplied to the sixth heating means 26, which is also a heat exchanger.
  • This exchanger uses the flow that circulates in the means 73, located between the heating means 26 and the column 4.
  • These means 73 allow the circulation of fluid extracted from the lower part 43 of the column to the heating means 26, then the return of the cooled fluid to the lower part 43.
  • These third means 73 are conventionally referred to as third lateral recirculation.
  • the preheating train 2 which has just been described represents only one embodiment example.
  • a preheating train conventionally comprises a plurality of exchangers making it possible to preheat the mixture by heat exchange with, in particular, the condenser of the top products of the column, the conditioning exchangers downstream of the strippers of the finished products, such as naphtha, kerosene, turbosene, light gas oil and heavy diesel fuel and lateral recirculations for controlling the thermal profile of the distillation column.
  • the lateral recirculation and the exchangers make it possible to evacuate an excess of heat within the distillation column, thanks to a cooling of the fluids passing through the lateral recirculations. This cooling is carried out outside the distillation column while according to the invention, this cooling is partly ensured by the organic vapors within the column itself.
  • the mixture supplied at the outlet of the sixth heating means 26 and therefore at the outlet of the preheating train 2 is supplied to the vaporization oven 3.
  • This direct fire oven is powered by natural gas and air, the supply of which is shown schematically by the arrow 30.
  • This oven comprises two parts 31 and 32.
  • the combustion chamber constitutes the lower part 31 which is intended for heating the mixture or the load, while the upper part 32, called fabric, is used to produce water vapor which will serve as entrainment steam in column 4 and its three strippers 60, 61 and 62.
  • the arrow 33 symbolizes the exit of the furnace combustion gases.
  • the vaporized charge is fed (arrow 34) to the distillation column 4, in the zone 44 located at the lower end of the column, called the zone of the overflash or washing zone (wash zone), from which the vaporized charge is conveyed to the rectification zone 45, using a steam flow.
  • the latter flows from the bottom to the top of the column. It is symbolized by the arrow 48.
  • This column 4 comprises a number of trays and / or packings. The number of trays is typically between 20 and 40. It is also provided with complementary elements. There may be mentioned in particular a head condenser 46 and a flash 47 where the light gases and the liquid naphtha water, the kerosene stripper 60, the turbosene stripper 61 and the diesel stripper 62 are separated.
  • the flow from the distillation column 4 and entering the condenser 46 is symbolized by the arrow 460.
  • the condensate outlet from the condenser 46 is symbolized by the arrow 461.
  • the steam supply of the strippers from the furnace is symbolized by the arrows 600, 610 and 620 respectively.
  • the residue that can be recovered at the bottom of the distillation column can either feed a vacuum distillation column or be returned before the vaporization oven 3, for use in the preheating train 2.
  • the recovery of the residue is symbolized by the arrow 49.
  • FIG. 2 illustrates an example of an installation according to the invention, made from the conventional installation illustrated in FIG. 1.
  • a complementary heating means 8 which uses the residual energy of low thermal level coming from the installation or the rest of the refinery. It is preferably a heat exchanger. Residual energies come, for example, from steam condensates, in the case of an oil refinery.
  • heat for preheating can be recovered from the distillation column, for example from the top condenser 46 of the column and the lateral recirculation 71 to 73, but also from the coolers of the finished products.
  • this heat is available at various temperatures, ranging from 100 ° C. to about 350 ° -400 ° C., depending on the level at which it is extracted from the distillation column.
  • a stream withdrawn from the distillation column at a temperature above 100 ° C can then be used in successive heat exchangers of the preheating process at temperatures that have become less than 100 0 C.
  • the crude oil is generally fed at the temperature of the storage tank.
  • the oil flow is reheated before the flow of oil is introduced into the preheating train 2.
  • This means 8 may consist of one or more exchangers arranged in series and / or in parallel.
  • this means 8 added to the conventional preheating train, makes it possible to use low-level heat recovered, moreover, in the installation and more specifically in the refinery. Part of the total energy consumed during the implementation of the process according to the invention then comes from heat of low level of recovery, heat which is normally lost in a conventional refinery.
  • an installation according to the invention is distinguished from a conventional installation by the presence of several liquid / vapor separators inside the preheating train 2.
  • a vapor and liquid separator consists of a simple empty container and is conventionally referred to as "flash".
  • FIG. 2 illustrates here three separators 91, 92 and 93 which are here all located downstream of the desalination tank 5. It could also be provided at least one separator upstream of the tank 5.
  • the first separator 91 is located downstream of the third heating means 23.
  • the mixture available downstream of this heating means 23 is supplied to the first separator 91.
  • the lightest products have already been vaporized thanks to the heat input of the heating means 21, 22 and 23 and also complementary heating means 8.
  • the vaporized portion of the mixture is transmitted by the means 91a directly into the upper part 41 of the column 4. Furthermore, the liquid portion is returned to the inlet of the fourth preheating means 24 to be preheated by the second lateral recirculation 72.
  • FIG. 2 illustrates a second separator 92 which is situated downstream of the fifth heating means 25.
  • the feedstock which is fed to the inlet of the second separator 92 has already been depleted of the vaporized part of the mixture, supplied by the means 91a in the column distillation. This charge is partly vaporized by the heat input of the heating means 24 and 25.
  • the second separator will make it possible to extract the vaporized part of the charge to bring it, thanks to the means 92a, to the central part 42 of the column 4.
  • the liquid part of the charge, already depleted twice, is then brought sixth heating means 26.
  • a third separator 93 is provided downstream of the sixth heating means 26.
  • Each separation is preceded by preheating so that separation can occur.
  • the temperature of the mixture at a separator is substantially the temperature of the mixture at the outlet of the preceding heating means.
  • This third separator 93 receives the charge, partly vaporized, from this sixth heating means and separates the vaporized portion which is transmitted in the lower part 43 of the column, by means 93a and the liquid part which is supplied at the entrance of the vaporization oven 3.
  • the latter consumes less energy to vaporize the part of the mixture that it receives from the separator 93 than to vaporize the entire mixture, as in the installation illustrated in FIG. Figure 1. Now, it is a fossil source energy.
  • the supplementary means of preheating 8 makes it possible to fill this deficit.
  • this supplementary means 8 uses residual low level thermal energy which are generally lost in a conventional refinery. It is therefore understood that the invention makes it possible to compensate for a reduction in the high level of energy consumption by the use of residual energies which are conventionally lost.
  • the vaporized part of the mixture which is introduced into the column 4 at the outlet of the separator may comprise several constituents. This is the case during the distillation of oil in particular.
  • FIG. 2 The example illustrated in FIG. 2 is absolutely not limiting.
  • a separator or flash may be provided after each heating means of the preheating train 2. This would correspond to providing an additional separator between the fourth and fifth heating means illustrated in FIG. 2.
  • the separators used operate adiabatically.
  • FIG. 3 represents a variant of the preheating train illustrated in FIG. 1.
  • This preheating train 20 comprises preheating means 210 to 290, 300 and 310.
  • the preheating train comprises two sub-trains of parallel preheating means that meet.
  • the first sub-train comprises preheating means 210, 230, 250, 260, 270 and 290.
  • the second preheating sub-train comprises preheating means 220, 240, 260 and 280. These two sub-trains meet in output of the preheating means 290 and 280, the preheating train ending with the preheating means 300 and 310 arranged in series.
  • each preheating sub-train could have its own desalination tank.
  • the exchangers 210 and 230 are arranged in series.
  • the exchanger 210 receives the naphtha stream from the flash 47 (arrow 471).
  • the recovery of the naphtha at the outlet of the exchanger 210 is symbolized by the arrow 473.
  • the mixture available at the outlet of exchanger 210 is supplied to exchanger 230.
  • This uses kerosene from stripper 62 (arrow 621).
  • the recovery of kerosene at the outlet of the exchanger 230 is symbolized by the arrow 622.
  • the mixture at the outlet of the exchanger 230 is supplied to the desalination tank 5.
  • the second preheating sub-train comprises an exchanger 220 corresponding to the condenser of head 46 shown in Figures 1 and 2. It receives the flow of oil symbolized by the arrow 12 and the heating through the vapors from the distillation column 4 (arrow 460). The condensate recovery at the outlet of the exchanger 220 is symbolized by the arrow 461. The mixture at the outlet of the exchanger 220 is also supplied to the desalination tank 5.
  • Tank 5 will not be described again.
  • the mixture obtained at the outlet of the tank 5 is divided to be fed into each preheating sub-train.
  • the part of the mixture symbolized by the arrow 13 is brought into the inlet of the continuation of the first preheating sub-train, while the other part of the flow, symbolized by the arrow 14, is brought into the input of the continuation of the second preheating sub-train.
  • the first preheating sub-train therefore still includes exchangers 250, 270 and 290 arranged in series. These three exchangers are arranged in parallel with the other three exchangers of the second preheating sub-train, the exchangers 240, 260 and 280, also arranged in series.
  • the exchanger 250 receives as input the mixture symbolized by the arrow 13 and the heating by means of diesel from the stripper 61 (arrow 611).
  • the diesel recovery at the outlet of the exchanger 250 is symbolized by the arrow 612.
  • the mixture available at the outlet of the exchanger 250 is sent to the exchanger 270 which heats it by means of the gas oil recovered at the outlet of the exchanger 300.
  • the supply of the diesel fuel to the exchanger 270 is symbolized by the arrow 602.
  • the diesel fuel recovered at the outlet of the exchanger 270 is symbolized by the arrow 603.
  • the mixture at the outlet of the exchanger 270 is supplied to the exchanger 290 which heats it by means of the flow of residue coming from the exchanger 310 and symbolized by the arrow 490.
  • the recovery of the residue at the outlet of the exchanger 290 is symbolized by the arrow 491.
  • the exchanger 240 of the second preheating sub-train receives as input the mixture symbolized by the arrow 14 and the heater by the flow flowing in the means 71.
  • the mixture obtained at the outlet of exchanger 240 is supplied to exchanger 260 which uses the flow flowing in means 72 to heat it.
  • the mixture available at the outlet of the exchanger 260 is supplied to the exchanger 280 which heats it by means of the flow flowing in the means 73.
  • the means 71 to 73 are the first, second and third lateral recirculations described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the mixtures available at the outlet of exchangers 290 and 280 are supplied to exchanger 300.
  • the two preheating sub-trains first arranged in parallel, meet at this exchanger 300.
  • the diesel recovery at the outlet of the exchanger 300 is symbolized by the arrow 602.
  • the gas oil recovered at the outlet of exchanger 300 is supplied at the inlet of exchanger 270.
  • the mixture available at the outlet of exchanger 300 is supplied to the last exchanger 310 of the preheating train. This heats the mixture with the residue from the bottom of the distillation column (arrow 49).
  • Figure 3 shows that the preheating train can be made to use all the products from the distillation of oil. It can, moreover, be realized in a rather complex manner.
  • FIG. 4 illustrates a preheating train of an installation according to the invention, this preheating train being produced from that illustrated in FIG.
  • a complementary heating means 80 is advantageously provided upstream of the second preheating sub-train.
  • this additional heating means 80 receives as input the portion of the crude oil stream, symbolized by the arrow 12.
  • the oil flow heated by this means 80 is then fed to the inlet of the preheating means 220 of the second preheating sub-train.
  • this additional heating means 80 thus only heats a portion of the oil flow fed to the preheating train inlet.
  • the additional heating means 8 is intended to heat the entire flow of oil that feeds the preheating train.
  • this means 80 is located upstream of the second preheating sub-train and in parallel with the first preheating sub-train.
  • this complementary heating means 80 preferably consists of a heat exchanger or of several exchangers arranged in series and / or in parallel, these exchangers using the low-level residual energies. thermal energy from the facility or the rest of the refinery, whose temperature is less than 100 0 C. It is therefore understood that this means 80 is necessarily placed upstream exchangers that use higher temperature energies.
  • This means 80 has the advantages that have been described for the means 8.
  • the preheating train according to the invention differs from that illustrated in FIG. 3 by the presence of several liquid / vapor separators referenced 910 to 970.
  • the first separator 910 is located downstream of the heating means 250 located in the first preheating sub-train.
  • the vaporized portion of the mixture available downstream of the heating means 250, is transmitted by the means 910a directly to the column 4. Furthermore, the liquid portion of the mixture is returned to the inlet of the preheating means 270.
  • Another separator is located downstream of this preheating means 270, whereby the already depleted charge of the vaporized portion of the mixture has also been partially vaporized.
  • the separator 920 extracts this vaporized portion of the charge to bring it, through the means 920a, to the column 4.
  • the liquid portion of the load, depleted by two times, is then fed to the heating means 290.
  • Another separator 930 is provided downstream of the heating means 290. It will be described later.
  • the two separators 940 and 950 present in the second preheating sub-train will be described more succinctly.
  • the separator 940 is placed between the outlet of the heating means 240 and the inlet of the heating means 260.
  • the vaporized portion of the mixture from the heating means 240 is extracted by the separator 940 and fed, by the means 940a, to the column 4.
  • the separator 950 is placed between the heating means 260 and 280. It makes it possible to extract the vaporized part of the mixture delivered by the heating means 260 to bring it, by means 950a, to the column 4.
  • the mixtures available at the outlet of the exchangers 290 and 280 are supplied to the separator 930.
  • this separator extracts the vaporized part of the mixture resulting from these two heating means to bring it, by means 930a, to the column 4.
  • the liquid portion of the mixture, at the outlet of the separator 930, is returned to the inlet of the exchanger 300.
  • Another separator 960 is provided between the exchangers 300 and 310.
  • the separator 960 extracts the vaporized portion of the feedstock from the exchanger 300 and feeds it through the means 960a to the column.
  • a last separator 970 is provided at the outlet of the exchanger 310. This separator extracts the vaporized part of the mixture delivered by the exchanger 310 to bring it, through means 970a, to the column.
  • the liquid part of the mixture is fed to the inlet of the vaporization oven 3.
  • FIG. 4 shows that certain separators may be common to exchangers located in parallel in the train of preheating. This is the separator 930 which is common to the exchangers 290 and 280.
  • the fossil fuel economy can exceed 40 kJ / kg of distilled petroleum at the level of the vaporization furnace. compared to the installation according to FIG.
  • the separators 910 to 930 return vapors to the distillation column and cause internal cooling of the column.
  • the flow rate of the lateral recirculations is reduced, for example in comparison with the flows generated in the installation illustrated in FIG. 3.
  • the part of the mixture preheated in the second preheating sub-train therefore receives a reduced energy input.
  • the complementary preheating means 80 makes it possible to fill this deficit, by using residual energies which are usually lost, therefore without additional cost.
  • the separation step causes internal cooling of the distillation column and the heat deficit generated in step a) by reducing the flow of the lateral recirculation is compensated by the supply of residual energy during preheating.
  • the addition of liquid / vapor separators in the preheating train makes it possible to separate some of its lighter components from the mixture before it is supplied to the steamer. As a result, the number of components of the filler fed to the vaporization furnace is reduced. This results in a reduction in the energy consumed by the steamer to vaporize the charge as well as a reduction in CO 2 emissions.
  • the cost of installing, maintaining and controlling a flash type separator is relatively low.
  • the process according to the invention does not involve significant additional cost at the distillation plant.
  • This method can be easily implemented with already existing installations, since the hardware modifications are reduced and easy to achieve. Indeed, this adaptation does not involve any major modification of equipment, the operation and control of conventional processes being maintained.
  • the process according to the invention is very flexible since it can be adapted to any type of multicomponent mixture and in particular to any type of oil, according to its more or less heavy nature.
  • the process according to the invention also makes it possible to reduce the amount of driving water vapor which is injected at the bottom of the distillation column.
  • the size of the heating means can be reduced. Indeed, in a heat exchanger, for example, the necessary exchange area is less important. It will be the same for the vaporization furnace and possibly the distillation column.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de distillation d'un mélange liquide multicomposant, comme du pétrole brut, comprenant : (a) une étape de préchauffage dudit mélange (b) une étape de vaporisation dudit mélange préchauffé (c) une étape de distillation dudit mélange vaporisé procédé dans lequel, au cours de l'étape (a) de préchauffage est utilisée de la chaleur provenant de l'étape (c) dont la température est supérieure à 100°C et est réalisée au moins une étape de séparation dudit mélange préchauffé, en une partie liquide et une partie vaporisée, cette dernière correspondant à au moins un constituant du mélange et étant directement traitée lors de l'étape (c) de distillation, et le mélange traité lors de l'étape (b) de vaporisation étant appauvri de ladite partie vaporisée, caractérisé en ce qu'il comprend une étape complémentaire de chauffage, dans laquelle sont utilisées des énergies résiduelles de bas niveau thermique dont la température est inférieure à 100°C.

Description

PROCEDE ET INSTALLATION DE DISTILLATION DE PETROLE REUTILISANT DES ENERGIES DE BAS NIVEAU THERMIQUE
La présente invention concerne un procédé et une installation 5 pour la distillation d'un mélange multicomposant.
Elle est particulièrement adaptée à la distillation du pétrole. On sait que les procédés classiques de distillation du pétrole peuvent mettre en œuvre une simple colonne de distillation avec un four de préchauffage et, à plusieurs niveaux de cette colonne, des moyens de sous- 10 tirage latéraux de produits finis, ayant des caractéristiques déterminées, comme le naphta, le kérosène et le gazole. Ils peuvent également mettre en œuvre une colonne de distillation avec des strippers et des conditionneurs thermiques des produits finis, ainsi que des recirculations latérales pour la stabilisation du profil thermique de cette colonne.
15 L'énergie thermique nécessaire à la séparation des constituants du pétrole est principalement introduite par un préchauffage du mélange à distiller. Ce préchauffage est en partie réalisé avec la chaleur qui peut être récupérée des conditionneurs thermiques des produits finis et depuis la colonne de distillation, grâce à des recirculations latérales. A la sortie de la
20 colonne de distillation, le fluide passant par les recirculations latérales est à une température supérieure à 1000C, et pouvant atteindre 3500C voire 4000C.
Après ce préchauffage, le mélange, en partie vaporisé, est ensuite surchauffé dans un four de vaporisation pour être enfin apporté à la colonne de distillation.
L'analyse thermodynamique détaillée d'un tel procédé montre
25 qu'au sein de la colonne de distillation et dans le four de vaporisation, une dégradation importante de l'énergie utile ou « noble » a lieu.
Dans la colonne de distillation, la majeure partie de cette dégradation d'énergie est due aux phénomènes de mélange et de non équilibre tout au long de la colonne, et aux flux importants des nombreux composants du 30 mélange qui traversent une grande partie de la colonne. Ces dégradations d'énergie sont croissantes, de la tête vers le fond de la colonne de distillation, comme le nombre des composants du mélange qui doivent être séparés. L'invention a donc pour objet de réduire la quantité de combustible fossile nécessaire à la mise en œuvre des procédés de distillation de mélanges multicomposants, par exemple du pétrole, en récupérant et en valorisant de l'énergie bas niveau disponible par ailleurs, soit dans le procédé de distillation lui-même, soit dans l'environnement proche de ce procédé, dans l'usine ou la raffinerie.
Par énergie haut niveau, on entend ici du combustible fossile
(gaz naturel) brûlé pour chauffer le four. Par énergie bas niveau, on entend des calories à « basse température », typiquement inférieure à 1000C, qui sont autrement rejetées dans l'environnement avec des eaux de refroidissement ou condensats de vapeur de chauffage.
On notera que l'économie de combustible fossile se traduit aussi par une diminution proportionnelle des émissions de CO2.
Des procédés ont déjà été proposés pour atteindre cet objectif, en tentant de limiter l'énergie consommée par le four de vaporisation, grâce à des séparations préalables du mélange.
Cependant, ces procédés mettent en œuvre des installations complémentaires, comme des colonnes à distiller, qui correspondent à des investissements coûteux et des modifications importantes des procédés existants.
Par ailleurs, certains de ces procédés sont essentiellement adaptés à des pétroles légers.
Le document FR-2 703 600 décrit un procédé de distillation de mélanges complexes dans lequel, au cours de l'étape de préchauffage, est prévue au moins une étape de séparation du mélange, la partie vaporisée du mélange étant directement apportée à la colonne de distillation.
Cette séparation préalable a pour effet de réduire l'énergie consommée dans le préchauffeur par irradiation qui assure la vaporisation du mélange. Cependant, dans le cadre de l'invention, il a été mis en évidence que les apports de vapeurs organiques depuis les séparateurs vers la colonne de distillation sont à une température plus basse que celles des plateaux où ces apports sont injectés. Ceci provoque un refroidissement interne de la colonne de distillation.
Si aucune modification n'est apportée au niveau des flux des recirculations latérales, le profil de température de la colonne de distillation et la quantité de chaleur extraite de son condenseur de tête ne seront pas maintenus. La quantité et la qualité des produits finis obtenus en sortie de la colonne de distillation peuvent ne pas être assurées.
Si le profil est bien maintenu, les flux des recirculations latérales doivent être réduits. L'énergie apportée lors de l'étape de préchauffage est alors plus faible. Ainsi, dans ces conditions, les séparations préalables ne permettent pas de réduire de façon significative la consommation d'énergie lors de la mise en œuvre du procédé de distillation.
L'invention a donc pour objet de réduire la consommation d'énergie induite par les procédés de distillation de mélanges multicomposants, sans nécessiter de modifications importantes du procédé et sans entraîner des investissements matériels importants, tout en assurant la quantité et la qualité des produits finis.
A cet effet, l'invention concerne un procédé de distillation d'un mélange liquide multicomposant comme du pétrole brut comprenant : (a) une étape de préchauffage dudit mélange
(b) une étape de vaporisation dudit mélange préchauffé
(c) une étape de distillation dudit mélange vaporisé, procédé dans lequel, au cours de l'étape (a) de préchauffage, est utilisée de la chaleur provenant de l'étape (c) dont la température est supérieure à 1000C et est réalisée au moins une étape de séparation dudit mélange préchauffé, en une partie liquide et une partie vaporisée, cette dernière correspondant à au moins un constituant du mélange et étant directement traitée lors de l'étape (c) de distillation, et le mélange traité lors de l'étape (b) de vaporisation étant appauvri de ladite partie vaporisée, caractérisé en ce qu'il comporte une étape complémentaire de chauffage, dans laquelle sont utilisées des énergies résiduelles de bas niveau thermique dont la température est inférieure à 100°C. On comprend que, cette étape de séparation préalable permet de réduire le nombre des constituants présents dans le mélange qui est traité lors de l'étape de vaporisation et donc, ensuite, en partie basse de la colonne.
Cette étape de séparation préalable a donc pour résultat direct de réduire la charge fournie au four de vaporisation et donc d'économiser l'énergie nécessaire au fonctionnement de ce four.
Elle crée cependant un refroidissement interne de la colonne de distillation. Pour maintenir le profil de température de la colonne de distillation et la quantité de chaleur extraite de son condenseur de tête et donc son rendement, il est nécessaire de réduire le débit des recirculations latérales. Ceci a pour conséquence directe la réduction de l'apport d'énergie lors du préchauffage du mélange.
En effet, lors de l'étape de préchauffage, est utilisée la chaleur provenant des recirculations latérales. L'introduction de cette étape complémentaire de chauffage permet de compenser la réduction de l'apport d'énergie lors de l'étape (a) de préchauffage, due aux séparations préalables.
Elle met en œuvre des énergies qui ne sont pas habituellement récupérées telles que celles résultant de l'achèvement du conditionnement des produits finis jusqu'à leurs températures de stockage, les condensats de vapeur de chauffage et les eaux de refroidissement des produits finis ou intermédiaires internes ou externes au procédé.
Cette étape complémentaire de préchauffage peut concerner tout ou partie du mélange à distiller. Elle peut être réalisée en série avec l'étape (a) de préchauffage et en amont de celle-ci ou en parallèle avec une partie de l'étape (a).
Cette étape de séparation est de préférence réalisée de manière adiabatique et elle intervient avantageusement après une éventuelle étape de traitement préalable du mélange. Cette étape de traitement consiste, par exemple, en un dessalement lorsque le mélange est du pétrole.
Dans un mode préféré de mise en œuvre de ce procédé, l'étape (a) de préchauffage comprend au moins deux sous-étapes successives, chacune d'elle étant suivie d'une étape de séparation liquide/vapeur. Les au moins deux sous-étapes sont réalisées en série ou en parallèle.
Par ailleurs, une étape de séparation peut être commune à au moins deux sous-étapes, qu'elles soient réalisées en série ou en parallèle. L'invention concerne également une installation pour la distillation d'un mélange liquide multicomposant comme du pétrole brut comprenant : au moins un moyen de préchauffage des moyens de vaporisation et - une colonne de distillation au moins un moyen de séparation liquide/vapeur, situé après un moyen de préchauffage et, en sortie dudit moyen de séparation, un moyen pour amener directement la partie dudit mélange vaporisée et correspondant à au moins un constituant donné, dans ladite colonne de distillation, caractérisée en ce qu'elle comprend également, en amont dudit au moins un moyen de préchauffage, un moyen de chauffage utilisant les énergies résiduelles de bas niveau thermique, dont la température est inférieure à 1000C.
De préférence, la colonne de distillation comportant différents plateaux correspondant chacun à une température et à au moins un composant déterminés, lesdits moyens d'amenée débouchent au niveau du plateau de la colonne de distillation correspondant à une température et à la concentration d'au moins un constituant proche de ceux de la partie vaporisée.
Cette caractéristique permet d'utiliser au mieux les effets bénéfiques de la séparation préalable d'un constituant.
Le moyen de séparation liquide/vapeur est situé, de préférence, en aval d'un éventuel moyen de traitement préalable du mélange.
Il peut notamment s'agir d'un réservoir de dessalement, lorsque l'installation est destinée à la distillation de pétrole. Par ailleurs, l'installation comporte, de préférence, autant de moyens de séparation liquide/vapeur que de moyens de préchauffage.
Les moyens de séparation liquide/vapeur fonctionnent, de préférence, de manière adiabatique. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit et qui est réalisée au regard de : la figure 1 qui illustre une installation classique de distillation de pétrole, la figure 2 qui illustre une installation selon l'invention, correspondant à l'installation de la figure 1, dans laquelle des moyens nouveaux ont été introduits, la figure 3 qui illustre une variante de réalisation d'un train de préchauffage d'une installation classique de distillation de pétrole, et de la figure 4 qui illustre un train de préchauffage selon l'invention, correspondant à celui de la figure 3, dans laquelle des moyens nouveaux ont été introduits. Cette description a pour objet d'exposer les moyens caractéristiques de l'invention, leur fonctionnement et leurs avantages.
Les éléments communs aux différentes figures seront désignés par les mêmes références.
L'installation classique illustrée à la figure 1 comporte un train de préchauffage 2 avec des moyens de préchauffage 21 à 26, grâce auxquels le mélange est chauffé, avant d'être amené au four de vaporisation 3, le mélange vaporisé servant ensuite à alimenter la colonne de distillation 4.
En pratique, le préchauffage du mélange s'effectue en deux étapes, séparées par une étape de dessalement réalisée dans le réservoir de dessalement 5.
Ainsi, un flux de pétrole brut est tout d'abord amené dans le premier moyen de chauffage 21 par des moyens symbolisés par la flèche 1 et chauffé dans celui-ci. Ce dernier est classiquement un échangeur qui permet de chauffer le pétrole grâce au flux de kérosène produit dans le stripper 62 et transmis à l'échangeur par les moyens symbolisés par la flèche 621. La récupération du kérosène en sortie de l'échangeur 21 est symbolisée par la flèche 622. Le mélange disponible en sortie de l'échangeur 21 est fourni au moyen de chauffage 22 qui est également classiquement un échangeur de chaleur. Cet échangeur utilise le flux qui circule dans les moyens 71 , situés entre le moyen de chauffage 22 et la colonne 4. Ces moyens permettent la circulation de fluide extrait d'un plateau de la colonne 4, depuis la partie supérieure 41 de la colonne vers le moyen de chauffage 22, puis le retour du fluide refroidi vers la partie supérieure 41. Ces moyens 71 sont classiquement dénommés première recirculation latérale. Ils contribuent au contrôle du profil thermique de la colonne de distillation. Le mélange en sortie du moyen de chauffage 22 est fourni au réservoir de dessalement 5.
Ce réservoir 5 est classiquement un réservoir de dessalement à champ magnétique, dans lequel le pétrole est débarrassé des sels dissouts qui sont éliminés dans la phase aqueuse et des gaz incondensables qui sont séparés dans une petite tour d'épointage qui n'est pas illustrée sur la figure 1. L'eau amenée en entrée du réservoir 5 est symbolisée par la flèche 50, tandis que l'eau récupérée en sortie du réservoir 5 est symbolisée par la flèche 51.
Le mélange obtenu en sortie du réservoir 5 est amené à un troisième moyen de chauffage 23 qui est un échangeur utilisant l'énergie du produit venant du stripper 61 (du diesel) et qui est transmis à l'échangeur par les moyens symbolisés par la flèche 611. La récupération du diesel en sortie de l'échangeur 23 est symbolisée par la flèche 612.
Le mélange disponible en sortie du troisième moyen de chauffage 23 est envoyé au quatrième moyen de chauffage 24 qui est encore un échangeur de chaleur. Cet échangeur utilise le flux qui circule dans les moyens 72, situés entre le moyen de chauffage 24 et la colonne 4. Ces moyens permettent la circulation de fluide extrait depuis la partie centrale ou intermédiaire 42 de la colonne, vers le moyen de chauffage 24, puis le retour du fluide refroidi vers la partie intermédiaire 42. Ces moyens 72 sont classiquement dénommés deuxième recirculation latérale.
Le mélange en sortie du moyen de chauffage 24 est -fourni au cinquième moyen de chauffage 25. Il s'agit, là encore, d'un échangeur qui permet le chauffage du mélange grâce au gazole provenant du stripper 60 et transmis à l'échangeur par les moyens symbolisés par la flèche 601. La récupération du gazole en sortie de l'échangeur 24 est symbolisée par la flèche 602.
Le mélange obtenu en sortie du cinquième moyen de chauffage 25 est fourni au sixième moyen de chauffage 26 qui est aussi un échangeur de chaleur. Cet échangeur utilise le flux qui circule dans les moyens 73, situés entre le moyen de chauffage 26 et la colonne 4. Ces moyens 73 permettent la circulation de fluide extrait depuis la partie basse 43 de la colonne vers le moyen de chauffage 26, puis le retour du fluide refroidi vers la partie basse 43. Ces troisièmes moyens 73 sont classiquement dénommés troisième recirculation latérale.
Le train de préchauffage 2 qui vient d'être décrit ne représente qu'un exemple de réalisation. Cependant, un tel train de préchauffage comprend classiquement une pluralité d'échangeurs permettant le préchauffage du mélange par échange de chaleur avec, notamment, le condenseur des produits de tête de la colonne, les échangeurs de conditionnement en aval des strippers des produits finis, comme le naphta, le kérosène, le turbosène, le gazole léger et le gazole lourd et les recirculations latérales de contrôle du profil thermique de la colonne de distillation. De façon générale, les recirculations latérales et les échangeurs permettent d'évacuer un excédent de chaleur au sein de la colonne de distillation, grâce à un refroidissement des fluides passant par les recirculations latérales. Ce refroidissement s'effectue à l'extérieur de la colonne de distillation alors que selon l'invention, ce refroidissement est en partie assuré par les vapeurs organiques à l'intérieur même de la colonne.
Le mélange fourni en sortie du sixième moyen de chauffage 26 et donc en sortie du train de préchauffage 2, est fourni au four de vaporisation 3.
Ce four à feu direct est alimenté par du gaz naturel et de l'air dont la fourniture est schématisée par la flèche 30.
Ce four comporte deux parties 31 et 32. La chambre de combustion constitue la partie basse 31 qui est destinée au chauffage du mélange ou de la charge, tandis que la partie supérieure 32, dite de confection, sert à produire de la vapeur d'eau qui servira de vapeur d'entraînement dans la colonne 4 et ses trois strippers 60, 61 et 62.
La flèche 33 symbolise la sortie des gaz de combustion du four.
En sortie du four de vaporisation 3, la charge vaporisée est amenée (flèche 34) à la colonne de distillation 4, dans la zone 44 située à l'extrémité inférieure de la colonne, dite zone de l'overflash ou zone de lavage (wash zone), à partir de laquelle la charge vaporisée est entraînée vers la zone de rectification 45, à l'aide d'un flux de vapeur. Ce dernier circule du bas vers le haut de la colonne. Il est symbolisé par la flèche 48. Cette colonne 4 comprend un certain nombre de plateaux et/ou de garnissages. Lé nombre de plateaux est classiquement compris entre 20 et 40. Elle est également munie d'éléments complémentaires. On peut notamment citer un condenseur de tête 46 et un flash 47 où sont séparés les gaz légers et l'eau du naphta liquide, le stripper 60 de kérosène, le stripper 61 de turbosène et le stripper 62 de gazole.
Le flux provenant de la colonne de distillation 4 et entrant dans le condenseur 46 est symbolisé par la flèche 460. La sortie des condensats depuis le condenseur 46 est symbolisée par la flèche 461.
Les sorties d'eau, de naphta et de gaz légers depuis le flash 47 sont symbolisées respectivement par les flèches 470, 471 et 472.
L'alimentation en vapeur d'eau des strippers depuis le four est symbolisée par les flèches 600, 610 et 620 respectivement.
Le résidu qui peut être récupéré au fond de la colonne de distillation peut, soit alimenter une colonne de distillation sous-vide, soit être renvoyé avant le four de vaporisation 3, pour être utilisé dans le train de préchauffage 2. La récupération du résidu est symbolisée par la flèche 49.
La description va maintenant être poursuivie en référence à la figure 2 qui illustre un exemple d'une installation selon l'invention, réalisée à partir de l'installation classique illustrée à la figure 1. Les moyens qui ont déjà été décrits en détail, en référence à la figure 1 , ne seront pas décrits de nouveau. Seules- les différences entre les deux figures seront mises en évidence. Tout d'abord, en amont du train de préchauffage 2, est prévu un moyen complémentaire de chauffage 8 qui utilise les énergies résiduelles de bas niveau thermique provenant de l'installation ou du reste de la raffinerie. Il s'agit, de préférence, d'un échangeur de chaleur. Les énergies résiduelles proviennent par exemple des condensats de vapeur, dans le cas d'une raffinerie de pétrole.
De façon classique, de la chaleur servant au préchauffage peut être récupérée de la colonne de distillation, par exemple depuis le condenseur de tête 46 de la colonne et les recirculations latérales 71 à 73, mais aussi depuis les refroidisseurs des produits finis. En sortie de la colonne de distillation, cette chaleur est disponible à différentes températures, allant de 1000C jusqu'à environ 350°-400°C, selon le niveau auquel elle est extraite de la colonne de distillation.
Bien entendu, un flux extrait de la colonne de distillation à une température supérieure à 100°C, peut ensuite être utilisé dans des échangeurs successifs du train de préchauffage à des températures qui sont devenues inférieures à 1000C.
Il convient cependant de noter que lorsque le train de préchauffage atteint une température trop élevée, il ne peut plus être utilisé pour refroidir les produits finis. Ces derniers sont alors refroidis avec de l'eau froide.
Ainsi, dans les raffineries, est toujours disponible un excès de chaleur de basse qualité dont la température est inférieure à 1000C, provenant des condensats de vapeur de chauffage ou de l'eau chaude issue des refroidisseurs. Dans une raffinerie classique, cet excès de chaleur est évacué par les tours de refroidissement prévues dans la raffinerie, donc perdu. Ainsi, une partie de la chaleur contenue dans les produits finis est perdue.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 2, le pétrole brut est en général alimenté à la température du réservoir de stockage. Par contre, grâce à l'échange de chaleur réalisé dans le moyen 8, le flux de pétrole est réchauffé avant que le flux du pétrole soit introduit dans le train de préchauffage 2. Ce moyen 8 peut être constitué d'un ou plusieurs échangeurs disposés en série et/ou en parallèle.
Ainsi, ce moyen 8, ajouté au train de préchauffage classique, permet d'utiliser de la chaleur de bas niveau récupérée, par ailleurs, dans l'installation et plus spécifiquement dans la raffinerie. Une partie de l'énergie totale consommée lors de la mise en œuvre du procédé selon l'invention provient alors de chaleur de bas niveau de récupération, chaleur qui est normalement perdue dans une raffinerie classique.
Comme l'illustre la figure 2, une installation selon l'invention se distingue d'une installation classique par la présence de plusieurs séparateurs liquide/vapeur à l'intérieur du train de préchauffage 2.
De façon classique, un séparateur de vapeur et de liquide est constitué d'un simple récipient vide et est classiquement dénommé « flash ».
La figure 2 illustre ici trois séparateurs 91 , 92 et 93 qui sont ici tous situés en aval du réservoir de dessalement 5. On pourrait également prévoir au moins un séparateur en amont du réservoir 5.
Le premier séparateur 91 est situé en aval du troisième moyen de chauffage 23.
Ainsi, le mélange disponible en aval de ce moyen de chauffage 23 est apporté au premier séparateur 91. Dans ce mélange, les produits les plus légers ont déjà été vaporisés grâce à l'apport de chaleur des moyens de chauffage 21 , 22 et 23 et également du moyen de chauffage complémentaire 8.
Ainsi, la partie vaporisée du mélange est transmise par les moyens 91a directement dans la partie haute 41 de la colonne 4. Par ailleurs, la partie liquide est renvoyée en entrée du quatrième moyen de préchauffage 24 pour y être préchauffée grâce à la deuxième recirculation latérale 72.
La figure 2 illustre un deuxième séparateur 92 qui est situé en aval du cinquième moyen de chauffage 25. La charge qui est amenée en entrée du deuxième séparateur 92 a déjà été appauvrie de la partie vaporisée du mélange, amenée par les moyens 91a dans la colonne de distillation. Cette charge est en partie vaporisée grâce à l'apport de chaleur des moyens de chauffage 24 et 25.
Le deuxième séparateur va permettre d'extraire la partie vaporisée de la charge pour l'amener, grâce aux moyens 92a, à la partie centrale 42 de la colonne 4. La partie liquide de la charge, déjà appauvrie par deux fois, est ensuite amenée au sixième moyen de chauffage 26.
Un troisième séparateur 93 est prévu en aval du sixième moyen de chauffage 26.
Chaque séparation est précédée d'un préchauffage pour que la séparation puisse se produire. La température du mélange au niveau d'un séparateur est sensiblement la température du mélange en sortie du moyen de chauffage précédent.
Ce troisième séparateur 93 reçoit la charge, en partie vaporisée, provenant de ce sixième moyen de chauffage et effectue une séparation entre la partie vaporisée qui est transmise dans la partie basse 43 de la colonne, grâce aux moyens 93a et la partie liquide qui est amenée en entrée du four de vaporisation 3.
On constate ainsi qu'en sortie de chaque séparateur, le flux de vapeur est envoyé directement à la colonne de distillation, au niveau du plateau de la colonne ayant une température et une composition similaires ou proches de celles du flux en question.
Ainsi, grâce aux séparations réalisées en amont du four de vaporisation 3, ce dernier consomme moins d'énergie pour vaporiser la part du mélange qu'il reçoit du séparateur 93 que pour vaporiser l'ensemble du mélange, comme dans l'installation illustrée à la figure 1. Or, il s'agit d'une énergie de source fossile.
Par ailleurs, le flux de vapeur depuis les séparateurs 91 à 93 vers la colonne 4 provoque un refroidissement interne de cette dernière. Pour maintenir le profil de température de la colonne, une diminution du débit des recirculations latérales est donc nécessaire.
Or, une grande partie de la chaleur apportée au pétrole brut dans le train de préchauffage provient de l'échange thermique avec le flux des recirculations latérales. Cette quantité de chaleur est donc réduite par l'installation des séparateurs.
On comprend que le moyen complémentaire de préchauffage 8 permet de combler ce déficit. Or1 ce moyen complémentaire 8 utilise des énergies résiduelles de bas niveau thermique qui sont en général perdues dans une raffinerie classique. On comprend donc que l'invention permet de compenser une réduction de la consommation d'énergie de haut niveau par l'utilisation d'énergies résiduelles qui sont classiquement perdues. II convient de noter que la partie vaporisée du mélange qui est introduite dans la colonne 4, en sortie du séparateur, peut comprendre plusieurs constituants. C'est le cas lors de la distillation de pétrole notamment.
L'exemple illustré à la figure 2 n'est absolument pas limitatif.
On peut, par exemple, prévoir un séparateur ou flash après chaque moyen de chauffage du train de préchauffage 2. Ceci correspondrait à prévoir un séparateur supplémentaire entre les quatrième et cinquième moyens de chauffage illustrés à la figure 2.
Ceci est possible, notamment pour le pétrole, car celui-ci est en vaporisation continue. Pour des procédés spécialement conçus pour distiller un type spécifique de pétrole, le nombre de séparateurs peut être réduit.
Ainsi, lorsque le procédé est uniquement destiné à distiller un pétrole léger, on peut prévoir davantage de séparateurs dans la partie amont du train de préchauffage et les réduire dans la partie aval de ce train de préchauffage. Bien entendu, des mesures inverses pourraient être prises pour la distillation d'un pétrole lourd.
De préférence, les séparateurs utilisés fonctionnent de manière adiabatique.
De façon préférée, l'énergie nécessaire au fonctionnement de chaque séparateur provient du moyen de chauffage qui le précède, et il n'est donc pas nécessaire^ d'apporter de l'énergie au niveau du séparateur. II est maintenant fait référence à la figure 3 qui représente une variante du train de préchauffage illustré à la figure 1. Ce train de préchauffage 20 comporte les moyens de préchauffage 210 à 290, 300 et 310.
Dans cette variante de réalisation, le train de préchauffage comporte deux sous-trains de moyens de préchauffage en parallèle qui se rejoignent.
Le premier sous-train comporte les moyens de préchauffage 210, 230, 250, 260, 270 et 290. Le deuxième sous-train de préchauffage comprend les moyens de préchauffage 220, 240, 260 et 280. Ces deux sous-trains se rejoignent en sortie des moyens de préchauffage 290 et 280, le train de préchauffage se terminant par les moyens de préchauffage 300 et 310 disposés en série.
Dans l'exemple illustré à la figure 3, les deux sous-trains ont le réservoir de dessalement 5 en commun. Dans d'autres modes de réalisation, chaque sous-train de préchauffage pourrait comporter son propre réservoir de dessalement.
Ainsi, le flux de pétrole brut, symbolisé par la flèche 1 se divise pour être amené dans chaque sous-train de préchauffage. Une flèche 11 symbolise le flux amené en entrée du premier train de préchauffage, tandis que la flèche 12 symbolise le flux de pétrole amené en entrée du deuxième sous- train de préchauffage.
Au niveau du premier sous-train de préchauffage, les échangeurs 210 et 230 sont disposés en série. L'échangeur 210 reçoit le flux de naphta provenant du flash 47 (flèche 471). La récupération du naphta en sortie de l'échangeur 210 est symbolisée par la flèche 473.
Le mélange disponible en sortie de l'échangeur 210 est fourni à l'échangeur 230. Celui-ci utilise le kérosène provenant du stripper 62 (flèche 621 ). La récupération du kérosène en sortie de l'échangeur 230 est symbolisée par la flèche 622. Le mélange en sortie de l'échangeur 230 est fourni au réservoir de dessalement 5.
Avant le réservoir de dessalement, le deuxième sous-train de préchauffage comporte un échangeur 220 correspondant au condenseur de tête 46 représenté sur les figures 1 et 2. Celui-ci reçoit le flux de pétrole symbolisé par la flèche 12 et le chauffe grâce aux vapeurs provenant de la colonne de distillation 4 (flèche 460). La récupération des condensats en sortie de l'échangeur 220 est symbolisée par la flèche 461. Le mélange en sortie de l'échangeur 220 est également fourni au réservoir de dessalement 5.
Le réservoir 5 ne sera pas de nouveau décrit. Le mélange obtenu en sortie du réservoir 5 est divisé pour être amené dans chaque sous-train de préchauffage. Ainsi, la partie du mélange symbolisée par la flèche 13 est amenée en entrée de la suite du premier sous- train de préchauffage, tandis que l'autre partie du flux, symbolisée par la flèche 14, est amenée en entrée de la suite du deuxième sous-train de préchauffage.
Le premier sous-train de préchauffage comporte donc encore les échangeurs 250, 270 et 290 disposés en série. Ces trois échangeurs sont disposés en parallèle des trois autres échangeurs du deuxième sous-train de préchauffage, les échangeurs 240, 260 et 280, également disposés en série.
L'échangeur 250 reçoit en entrée le mélange symbolisé par la flèche 13 et le chauffe au moyen du diesel provenant du stripper 61 (flèche 611). La récupération du diesel en sortie de l'échangeur 250 est symbolisée par la flèche 612.
Le mélange disponible en sortie de l'échangeur 250 est envoyé à l'échangeur 270 qui le chauffe au moyen du gazole récupéré en sortie de l'échangeur 300. L'amenée du gazole à l'échangeur 270 est symbolisée par la flèche 602. Le gazole récupéré en sortie de l'échangeur 270 est symbolisé par la flèche 603.
Enfin, le mélange en sortie de l'échangeur 270 est fourni à l'échangeur 290 qui le chauffe au moyen du flux de résidu en provenance de l'échangeur 310 et symbolisé par la flèche 490. La récupération du résidu en sortie de l'échangeur 290 est symbolisée par la flèche 491.
L'échangeur 240 du deuxième sous-train de préchauffage reçoit en entrée le mélange symbolisé par la flèche 14 et le chauffe grâce au flux circulant dans les moyens 71. Le mélange obtenu en sortie de l'échangeur 240 est fourni à l'échangeur 260 qui utilise le flux circulant dans les moyens 72 pour le chauffer.
Enfin, le mélange disponible en sortie de l'échangeur 260 est fourni à l'échangeur 280 qui le chauffe grâce au flux circulant dans les moyens 73.
Les moyens 71 à 73 sont les première, deuxième et troisième recirculations latérales décrites en référence aux figures 1 et 2.
Les mélanges disponibles en sortie des échangeurs 290 et 280 sont fournis à l'échangeur 300. Ainsi, les deux sous-trains de préchauffage tout d'abord disposés en parallèle, se rejoignent au niveau de cet échangeur 300.
Celui-ci chauffe le mélange qu'il reçoit en entrée grâce au gazole provenant du stripper 60 (flèche 601).
La récupération du gazole en sortie de l'échangeur 300 est symbolisée par la flèche 602.
Comme expliqué précédemment, le gazole récupéré en sortie de l'échangeur 300 est fourni en entrée de l'échangeur 270.
Le mélange disponible en sortie de l'échangeur 300 est fourni au dernier échangeur 310 du train de préchauffage. Celui-ci chauffe le mélange grâce au résidu provenant du fond de la colonne de distillation (flèche 49).
La récupération du résidu en sortie de l'échangeur 310 est symbolisée par la flèche 490.
Comme expliqué précédemment, ce résidu est ensuite apporté à l'échangeur 290. Enfin, le mélange disponible en sortie de l'échangeur 310 est fourni au four de vaporisation 3.
La figure 3 montre que le train de préchauffage peut être réalisé de façon à utiliser tous les produits provenant de la distillation du pétrole. II peut, par ailleurs, être réalisé de manière assez complexe.
On notera que les échangeurs du train de préchauffage sont disposés en parallèle, comme sur la figure 3, lorsque les flux utilisés par les échangeurs sont à des températures sensiblement identiques. La description va maintenant être poursuivie en référence à la figure 4 qui illustre un train de préchauffage d'une installation selon l'invention, ce train de préchauffage étant réalisé à partir de celui illustré à la figure 3.
Les moyens qui ont déjà été décrits en détail, en référence à la figure 3, ne seront pas décrits de nouveau. Seules les différences entre les deux figures seront mises en évidence.
Tout d'abord, en amont du deuxième sous-train de préchauffage, est avantageusement prévu un moyen complémentaire de chauffage 80. Ainsi, ce moyen complémentaire de chauffage 80 reçoit en entrée la part du flux de pétrole brut, symbolisée par la flèche 12. Le flux de pétrole chauffé par ce moyen 80 est ensuite amené en entrée du moyen de préchauffage 220 du deuxième sous-train de préchauffage.
Dans cette variante de réalisation, ce moyen complémentaire de chauffage 80 ne chauffe donc qu'une partie du flux de pétrole amené en entrée du train de préchauffage. On rappelle que dans le mode de réalisation illustré à la figure 2, le moyen complémentaire de chauffage 8 est destiné à chauffer l'intégralité du flux de pétrole qui alimente le train de préchauffage.
Ainsi, ce moyen 80 est situé en amont du deuxième sous-train de préchauffage et en parallèle du premier sous-train de préchauffage.
Comme cela a déjà été décrit pour le moyen complémentaire 8, ce moyen complémentaire de chauffage 80 consiste, de préférence, en un échangeur de chaleur ou en plusieurs échangeurs disposés en série et/ou en parallèle, ces échangeurs utilisant les énergies résiduelles de bas niveau thermique provenant de l'installation ou du reste de la raffinerie, dont la température est inférieure à 1000C. On comprend donc que ce moyen 80 est nécessairement placé en amont d'échangeurs qui utilisent des énergies dont la température est plus élevée.
Ce moyen 80 comporte les avantages qui ont été décrits pour le moyen 8.
Comme l'illustre la figure 4, le train de préchauffage selon l'invention se distingue de celui illustré à la figure 3 par la présence de plusieurs séparateurs liquide/vapeur référencés 910 à 970. Le premier séparateur 910 est situé en aval du moyen de chauffage 250 situé dans le premier sous-train de préchauffage.
Ainsi, la partie vaporisée du mélange, disponible en aval du moyen de chauffage 250, est transmise par les moyens 910a directement à la colonne 4. Par ailleurs, la partie liquide du mélange est renvoyée en entrée du moyen de préchauffage 270.
Un autre séparateur est situé en aval de ce moyen de préchauffage 270, grâce auquel la charge, déjà appauvrie de la partie vaporisée du mélange, a été également en partie vaporisée. Le séparateur 920 extrait cette partie vaporisée de la charge pour l'amener, grâce au moyen 920a, à la colonne 4. La partie liquide de la charge, appauvrie par deux fois, est ensuite amenée au moyen de chauffage 290.
Un autre séparateur 930 est prévu en aval du moyen de chauffage 290. Il sera décrit ultérieurement.
Les deux séparateurs 940 et 950 présents dans le deuxième sous-train de préchauffage vont être décrits plus succinctement.
Le séparateur 940 est placé entre la sortie du moyen de chauffage 240 et l'entrée du moyen de chauffage 260. La partie vaporisée du mélange provenant du moyen de chauffage 240 est extraite par le séparateur 940 et amenée, grâce aux moyens 940a, à la colonne 4.
Le séparateur 950 est placé entre les moyens de chauffage 260 et 280. Il permet d'extraire la partie vaporisée du mélange délivré par le moyen de chauffage 260 pour l'amener, grâce aux moyens 950a, à la colonne 4.
Les mélanges disponibles en sortie des échangeurs 290 et 280 sont fournis au séparateur 930. Là encore, ce séparateur extrait la partie vaporisée du mélange issu de ces deux moyens de chauffage pour l'amener, grâce aux moyens 930a, à la colonne 4. La partie liquide du mélange, en sortie du séparateur 930, est renvoyée à l'entrée de l'échangeur 300.
Un autre séparateur 960 est prévu entre les échangeurs 300 et 310. Ainsi, le séparateur 960 extrait la partie vaporisée de la charge provenant de l'échangeur 300 et l'amène, grâce aux moyens 960a, à la colonne.
Enfin, un dernier séparateur 970 est prévu en sortie de l'échangeur 310. Ce séparateur extrait la partie vaporisée du mélange délivrée par l'échangeur 310 pour l'amener, grâce aux moyens 970a, à la colonne.
La partie liquide du mélange est amenée en entrée du four de vaporisation 3.
Ainsi, dans la variante de réalisation illustrée à la figure 4, un séparateur est prévu après chaque échangeur situé en aval du réservoir de dessalement 5. La figure 4 montre également que certains séparateurs peuvent être communs à des échangeurs situés en parallèle dans le train de préchauffage. Ii s'agit ici du séparateur 930 qui est commun aux échangeurs 290 et 280. Dans l'exemple illustré à la figure 4, l'économie de combustible fossile peut dépasser les 40 kJ/kg de pétrole distillé, au niveau du four de vaporisation, par rapport à l'installation selon la figure 3.
Ceci est dû au fait que le pétrole a été en partie chauffé par des énergies résiduelles et que seulement une part du mélange est vaporisée dans le four 3, puisque des constituants vaporisés ont préalablement été apportés à la colonne, en sortie d'un séparateur.
En pratique, la quantité d'énergie consommée dans chaque installation, toutes choses égales par ailleurs, est légèrement inférieure pour l'utilisation conforme à la figure 4. Cependant, la part de combustion fossile est réduite d'environ 20%, le reste de l'énergie étant de l'énergie de récupération, donc de bas niveau, qui est normalement perdue.
Dans l'installation illustrée à la figure 4, les séparateurs 910 à 930 renvoient des vapeurs vers la colonne de distillation et provoquent un refroidissement interne de la colonne. De ce fait, le débit des recirculations latérales est réduit, par exemple en comparaison des flux générés dans l'installation illustrée à la figure 3. La partie du mélange préchauffée dans le deuxième sous-train de préchauffage reçoit donc un apport d'énergie réduit. On comprend alors que le moyen complémentaire de préchauffage 80 permet de combler ce déficit, en utilisant des énergies résiduelles qui sont habituellement perdues, donc sans surcoût.
De plus, ceci permet d'éviter que ces énergies soient dissipées dans l'environnement et donc contribue à réduire l'impact du procédé de raffinage sur l'environnement.
Il convient de noter que le procédé décrit dans le document FR-2 703 600 permet de réaliser une économie d'énergie de source fossile comprise entre 6 et 20 kJ/kg de pétrole raffiné. Cet écart est essentiellement dû à l'utilisation d'énergies résiduelles lors du préchauffage du mélange. Ainsi, l'étape de séparation provoque un refroidissement interne de la colonne de distillation et le déficit thermique généré dans l'étape a) par la diminution des flux des recirculations latérales est compensé par l'apport d'énergies résiduelles lors du préchauffage. L'adjonction de séparateurs liquide/vapeur dans le train de préchauffage permet de séparer du mélange, avant que celui-ci soit fourni au four de vaporisation, une partie de ses composants les plus légers. De ce fait, le nombre des constituants de la charge alimentée au four de vaporisation est réduit. Il en résulte une réduction de l'énergie consommée par le four de vaporisation pour vaporiser la charge ainsi qu'une réduction des émissions de CO2.
Par ailleurs, le coût de l'installation, de la maintenance et du contrôle d'un séparateur de type flash est relativement faible. Ainsi, le procédé selon l'invention n'entraîne pas de coût supplémentaire important au niveau de l'installation de distillation.
Ce procédé peut être mis en œuvre facilement avec des installations déjà existantes, puisque les modifications matérielles sont réduites et faciles à réaliser. En effet, cette adaptation n'entraîne aucune modification majeure des équipements, le fonctionnement et le contrôle des procédés classiques étant maintenus.
Enfin, le procédé selon l'invention est très flexible puisqu'il peut être adapté à tout type de mélange multicomposant et notamment à tout type de pétrole, suivant son caractère plus ou moins lourd. Le procédé selon l'invention permet également de réduire la quantité de vapeur d'eau d'entraînement qui est injectée en bas de la colonne de distillation.
Les calculs effectués indiquent que le procédé selon l'invention permettrait de réaliser une économie de combustible dépassant les 20 % et pouvant atteindre les 30 % et une réduction concomitante des émissions de CO2, par rapport à un procédé de distillation classique, toutes choses égales par ailleurs.
Par ailleurs, on comprend que lorsqu'une nouvelle installation est conçue selon l'invention, le coût des équipements peut être considérablement réduit.
En effet, du fait des séparations liquide/vapeur successives, la taille des moyens de chauffage peut être réduite. En effet, dans un échangeur de chaleur, par exemple, l'aire d'échange nécessaire est moins importante. II en sera de même pour le four de vaporisation et éventuellement la colonne de distillation.
Ainsi, une installation neuve réalisée conformément à l'invention sera d'un coût réduit, malgré l'introduction des séparateurs.
On constate encore qu'en dehors de la réduction du débit, en amont de la colonne à distiller, celle-ci fonctionne en entraînant une dégradation réduite de l'énergie interne. Ceci est lié à une meilleure uniformisation du nombre de composés par plateau, le long de la colonne, et donc également à une répartition plus uniforme des dégradations d'énergie, dont on sait qu'elle est favorable en général à la performance des procédés. Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques figurant dans les revendications ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières et ne sauraient en limiter la portée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de distillation d'un mélange liquide multicomposant, comme du pétrole brut, comprenant : (a) une étape de préchauffage dudit mélange
(b) une étape de vaporisation dudit mélange préchauffé
(c) une étape de distillation dudit mélange vaporisé procédé dans lequel, au cours de l'étape (a) de préchauffage est utilisée de la chaleur provenant de l'étape (c) dont la température est supérieure à 1000C et est réalisée au moins une étape de séparation dudit mélange préchauffé, en une partie liquide et une partie vaporisée, cette dernière correspondant à au moins un constituant du mélange et étant directement traitée lors de l'étape (c) de distillation, et le mélange traité lors de l'étape (b) de vaporisation étant appauvri de ladite partie vaporisée, caractérisé en ce qu'il comprend une étape complémentaire de chauffage, dans laquelle sont utilisées des énergies résiduelles de bas niveau thermique dont la température est inférieure à 1000C.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite étape complémentaire de chauffage est réalisée en série avec l'étape (a) de préchauffage et en amont de celle-ci.
3. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite étape complémentaire de chauffage est réalisée en parallèle avec une partie de l'étape (a) de préchauffage.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite au moins une étape de séparation est réalisée après une éventuelle étape de traitement préalable dudit mélange, telle qu'une étape de dessalement.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite au moins une étape de séparation est réalisée de manière adiabatique.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape (a) de préchauffage comprend au moins deux sous-étapes successives, chacune d'elle étant suivie d'une étape de séparation liquide/vapeur.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites au moins deux sous-étapes sont réalisées en série ou en parallèle.
8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'une étape de séparation est commune à deux sous-étapes.
9. Installation pour la distillation d'un mélange liquide multicomposant comme du pétrole brut, comprenant : au moins un moyen de préchauffage (21 à 26) des moyens de vaporisation (3) et une colonne de distillation (4), - au moins un moyen de séparation liquide/vapeur (91 à 93 ;
910 à 970), situé après un moyen de préchauffage (23, 25, 26 ; 250 à 310) et, en sortie dudit moyen de séparation, un moyen (91a à 93a ; 910a à 970a) pour amener directement la partie dudit mélange vaporisée et correspondant à au moins un constituant donné, dans ladite colonne de distillation (4), caractérisée en ce qu'elle comprend également en amont dudit au moins un moyen de préchauffage (21 ; 220), un moyen complémentaire de chauffage (8, 80) utilisant les énergies résiduelles de bas niveau thermique, dont la température est inférieure à 1000C.
10. Installation selon la revendication 9 dans laquelle la colonne de distillation comporte différents plateaux correspondant chacun à une température et à au moins un composant déterminés, caractérisée en ce que lesdits moyens d'amenée (91a à 93a ; 910a à 970a) débouchent au niveau du plateau de la colonne de distillation correspondant à une température et à la concentration d'au moins un constituant proche de ceux de la partie vaporisée.
11. Installation selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisée en ce que ledit au moins un moyen de séparation liquide/vapeur est situé en aval d'un éventuel moyen de traitement préalable du mélange (5).
12. Installation selon l'une des revendications 9 à 11 , caractérisée en ce que ledit au moins un moyen de séparation liquide/vapeur fonctionne de manière adiabatique.
13. Installation selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisée en ce qu'elle comporte autant de moyens de séparation liquide/vapeur que de moyens de préchauffage.
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