FR2764521A1 - Dispositif de cristallisation par detente isentropique et son utilisation - Google Patents
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Abstract
Dispositif de cristallisation d'un constituant à partir d'un mélange comprenant une enceinte (1) comportant dans sa partie supérieure des moyens (46) d'alimentation en le mélange, des moyens (20) de collecte, dans sa partie inférieure, des cristaux du constituant en suspension dans une liqueur mère, reliés à des moyens (C) de séparation et de purification des cristaux obtenus, des moyens (9) d'alimentation en un fluide gazeux froid et des moyens (22) de soutirage du fluide gazeux dit chaud résultant de l'échange de chaleur direct, ledit dispositif comportant en outre des moyens de mise en forme d'un écoulement descendant du mélange sur des tubes tel que le fluide gazeux froid qui circule vers le haut échange directement du froid avec le mélange, les moyens (22) de soutirage du fluide gazeux chaud étant reliés à au moins un moyen de recompression (24b) du fluide, dont la sortie est connectée à au moins un échangeur (27) de chaleur, l'échangeur de chaleur étant connecté à un turbodétendeur (30), qui est relié aux moyens d'alimentation (31) en le fluide gazeux froid.Application à la séparation du paraxylène.
Description
L'invention concerne un dispositif de cristallisation d'un constituant à partir d'un mélange liquide en contenant et son utilisation notamment pour la séparation du paraxylène à partir d'un mélange d'hydrocarbures contenant des isomères aromatiques à 8 atomes de carbone.
Elle s'applique tout particulièrement à la purification à 99,9 %, par exemple, du paraxylène pour la préparation d'acide téréphtalique, un intermédiaire pétrochimique pour la synthèse de fibres de textile.
Parmi les procédés anciens adaptés à la purification du paraxylène, la cristallisation est celui qui a été le plus utilisé bien qu'il soit limité par un niveau de récupération faible en raison de l'existence d'un eutectique dont la concentration en paraxylène dans le mélange atteint environ 10 à 13 %.
Avec le développement des techniques de séparation par adsorption sur tamis moléculaire, on peut atteindre un excellent rendement en paraxylène, supérieur par exemple à 98 %, indépendamment de la limitation en composition eutectique.
II est obtenu de manière habituelle une récupération supérieure à 98 % en paraxylène avec les procédés en lit mobile simulé à contre-courant (US 2 985 589) lorsque la pureté du produit est voisine de 95 % en poids. Cependant, une plus grande pureté, supérieure à 99 %, peut être atteinte aux dépens du rendement.
Puisqu'un procédé d'adsorption permet de réaliser la séparation du paraxylène avec un rendement élevé aux dépens de la pureté alors qu'un procédé de cristallisation permet d'obtenir un produit plus pur au détriment du rendement, la demanderesse a proposé un procédé hybride combinant une adsorption sur tamis moléculaire d'isomères aromatiques en C8 suivie d'une cristallisation de la fraction enrichie en paraxylène (US 5401476, et EP-B.531191 incorporés comme références).
Ce procédé cumule donc les avantages d'un haut rendement et d'une très grande pureté du produit recherché par rapport aux procédés d'adsorption ou de cristallisation utilisés séparément.
Par ailleurs, la technologie de la cristallisation est très ancienne et n'a guère été mise à jour, compte tenu de la percée industrielle du procédé d'adsorption en lit mobile simulé.
La cristallisation pour séparer le paraxylène d'un mélange de xylènes est généralement réalisée à des températures très basses, situées dans la gamme de celles accessibles par réfrigération à l'éthane ou à l'éthylène. Les coûts de réfrigération et les consommations d'énergie sont élevés, notamment parce qu'il est nécessaire de réaliser une cascade de cycles froids, avec une réfrigération intermédiaire au propane ou au propène.
Certes, ces consommations sont réduites lorsqu'on opère dans une gamme de températures de cristallisation plus élevée, +10 à -30 C par exemple, comme c'est le cas lorsque la charge de cristallisation est enrichie à plus de 50 % par exemple, de préférence à plus de 70 % en paraxylène, par un procédé d'enrichissement par adsorption de xylènes ou par dismutation parasélective du toluène par exemple.
De plus, le procédé de cristallisation en continu par échange indirect nécessite généralement un raclage des échangeurs qui est une opération délicate et coûteuse en énergie, quel que soit le niveau de refroidissement choisi.
Un des objets de l'invention est de remédier aux inconvénients mentionnés cidessus.
Un autre objet est de proposer une technique de cristallisation par échange direct de frigories avec une charge qui soit plus simple et plus facile à mettre en oeuvre.
Un autre objet est la mise en oeuvre d'un procédé de cristallisation et du dispositif correspondant, à n'importe quel niveau de température de refroidissement souhaité et pour un coût de fonctionnement très peu différent, sachant bien sûr que la puissance des compresseurs de gaz dépendra de la température de refroidissement désirée.
On a donc observé qu'on pouvait cristalliser un produit dans un mélange liquide en contenant, constituant la charge de la cristallisation, par échange direct de froid avec un gaz cryogénique froid obtenu par détente sensiblement isentropique de ce gaz, dans des conditions très favorables et très économiques.
De manière plus précise, on décrit un dispositif de cristallisation d'un constituant à partir d'un mélange liquide en contenant, comprenant une enceinte de forme allongée comportant dans sa partie supérieure des moyens d'alimentation en ledit mélange, des moyens de collecte, dans sa partie inférieure, de cristaux du constituant en suspension dans une liqueur mère, reliés à des moyens de séparation et de purification des cristaux obtenus, des moyens d'alimentation en un fluide gazeux froid introduit en au moins un point de la partie inférieure de l'enceinte et des moyens de soutirage du fluide gazeux dit chaud disposés à la partie supérieure de l'enceinte, résultant de l'échange de chaleur direct à contre-courant du fluide gazeux froid avec le mélange, ledit dispositif comportant en outre des moyens de mise en forme appropriée d'un écoulement descendant du mélange tel que le fluide gazeux froid qui circule vers le haut échange directement du froid avec le mélange mis en forme, les moyens de soutirage du fluide gazeux chaud étant reliés à au moins un moyen de recompression (24b) du fluide, le moyen de recompression ayant une sortie connectée à au moins un échangeur de chaleur, I'échangeur de chaleur ayant une sortie reliée à un turbodétendeur (30), le turbodétendeur ayant une sortie reliée aux moyens d'alimentation (31) en le fluide gazeux froid.
Selon un mode de réalisation du dispositif, les moyens de mise en forme appropriée de l'écoulement descendant du mélange comportent au moins un pulvérisateur adapté pour former des gouttelettes du mélange de taille comprise entre 50 et 500 micromètres et de préférence selon une distribution de tailles de 150 à 200 micromètres pour au moins 80 % des gouttelettes.
Selon un autre mode de réalisation du dispositif, L'enceinte peut contenir une multiplicité de filaments suspendus, non jointifs, sensiblement parallèles à son axe longitudinal, supportés par des moyens de fixation disposés par exemple au voisinage de l'extrémité supérieure de l'enceinte, et occupant sensiblement toute la section de l'enceinte.
Le pulvérisateur mentionné ci-avant met en forme les gouttelettes du mélange constituant la charge, qui peuvent se déposer sur les filaments sous forme d'un film de faible épaisseur qui est soumis à cristallisation par contact direct avec le gaz froid remontant dans l'enceinte de cristallisation.
Ces filaments verticaux peuvent être creux, des tubes par exemple, pour alléger le dispositif et/ou pour permettre la circulation d'un fluide chaud réchauffant la paroi du filament de façon à favoriser la présence d'un film liquide sur celle-ci et la descente des cristaux dans la partie inférieure de l'enceinte de cristallisation.
Ce fluide chaud peut être une partie du fluide gazeux récupéré de l'enceinte de cristallisation et recomprimé.
Selon une variante, I'écoulement du mélange liquide sur les filaments peut être réalisé différemment.
En effet, les moyens de mise en forme appropriée de l'écoulement comprennent une chambre en communication avec lesdits moyens d'alimentation en le mélange, comportant une multiplicité d'orifices d'écoulement percés sur la paroi inférieure transversale de la chambre et en nombre égal à celui des filaments, chaque filament passant par un orifice dont la surface est supérieure à celle de la section du filament, ladite chambre contenant un volume de mélange tel que la hauteur de mélange en combinaison avec la surface disponible d'écoulement entre l'orifice et le filament permet un mouillage du filament et un écoulement adéquat de mélange sur la surface de chaque filament.
II peut être avantageux d'interposer un manchon annulaire constitué d'un matériau inerte aux constituants de la charge, non étanche, coopérant avec la chambre au niveau de chaque orifice et de chaque filament pour réaliser le mouillage du filament et l'écoulement adéquat de la charge sur le filament.
Le débit de charge s'écoulant sur les filaments est ainsi ajusté en combinaison avec la hauteur du liquide dans la chambre, elle-même contrôlée par une sonde de niveau ou une mesure de pression hydrostatique.
Le nombre de filaments est déterminé en fonction de la surface d'échange souhaitée.
La distance interaxe entre deux filaments peut être égale à au moins deux fois le diamètre du filament.
On favorise ainsi l'écoulement des fluides en présence et la mise en contact de ceux-ci peut être améliorée en favorisant la turbulence, au niveau des filaments par des moyens appropriés connus, comme un traitement de surface des filaments.
Pour faciliter la descente des cristaux, il peut être avantageux de connecter des moyens de vibration, ultrasonique par exemple, aux moyens de fixation des filaments.
L'invention concerne aussi un procédé d'utilisation du dispositif de cristallisation pour la séparation, par exemple, du paraxylène à partir d'un mélange d'hydrocarbures contenant des isomères aromatiques à 8 atomes de carbone.
Cette charge peut être un mélange d'isomères correspondant à la composition d'une coupe C8 d'effluent de reforming catalytique ou d'isomérisation des xylènes qui nécessitera une cristallisation à très basse température (-70"C par exemple), si on veut le maximum de rendement en paraxylène.
La charge de cristallisation peut être aussi une charge contenant au moins 60 % de paraxylène et résultant d'un enrichissement par adsorption sur un tamis moléculaire en lit mobile simulé ou provenant d'une dismutation sélective du toluène.
De manière plus détaillée, le procédé d'utilisation du dispositif de cristallisation comprend les étapes suivantes
on effectue une détente de préférence sensiblement isentropique d'un gaz
comprimé à une pression initiale et préalablement refroidi à une température
appropriée T, le gaz étant choisi dans le groupe formé par l'air, I'hydrogène,
I'azote et l'hélium, de façon que le gaz ait une température inférieure d'au
moins 10 C, de préférence inférieure de 20 à 50"C, à la température souhaitée
à son entrée dans une zone de cristallisation, définie en fonction de la pureté de
la charge d'hydrocarbures et du rendement de la cristallisation,
on introduit le gaz détendu et froid en au moins un point de la partie inférieure
de la zone de cristallisation,
on introduit de manière adéquate la charge d'hydrocarbures dans la partie
supérieure de la zone de cristallisation,
on met en contact direct le gaz froid à contre-courant avec la charge
d'hydrocarbures, on récupère une suspension de cristaux de paraxylène dans
une liqueur mère dans la partie inférieure de la zone de cristallisation, et on
récupère un gaz chaud dans la partie supérieure de la zone de cristallisation,
on recomprime le gaz chaud à une pression appropriée, sensiblement égale à
la pression initiale,
on le refroidit au moins en partie à la température T,
on sépare les cristaux de la liqueur mère et on récupère les cristaux de
paraxylène.
on effectue une détente de préférence sensiblement isentropique d'un gaz
comprimé à une pression initiale et préalablement refroidi à une température
appropriée T, le gaz étant choisi dans le groupe formé par l'air, I'hydrogène,
I'azote et l'hélium, de façon que le gaz ait une température inférieure d'au
moins 10 C, de préférence inférieure de 20 à 50"C, à la température souhaitée
à son entrée dans une zone de cristallisation, définie en fonction de la pureté de
la charge d'hydrocarbures et du rendement de la cristallisation,
on introduit le gaz détendu et froid en au moins un point de la partie inférieure
de la zone de cristallisation,
on introduit de manière adéquate la charge d'hydrocarbures dans la partie
supérieure de la zone de cristallisation,
on met en contact direct le gaz froid à contre-courant avec la charge
d'hydrocarbures, on récupère une suspension de cristaux de paraxylène dans
une liqueur mère dans la partie inférieure de la zone de cristallisation, et on
récupère un gaz chaud dans la partie supérieure de la zone de cristallisation,
on recomprime le gaz chaud à une pression appropriée, sensiblement égale à
la pression initiale,
on le refroidit au moins en partie à la température T,
on sépare les cristaux de la liqueur mère et on récupère les cristaux de
paraxylène.
Bien évidemment, les cristaux récupérés sont lavés et purifiés selon des techniques connues, par exemple dans une colonne de lavage à contre-courant.
Cette étape de lavage peut être précédée d'une étape de remontée en température des cristaux obtenus, ce qui permet d'homogéniser la taille des cristaux et de faire fonctionner le dispositif de cristallisation et celui de purification à leur température optimum, qui est très différente, comme cela est décrit dans la demande de brevet WO 96/22262.
La charge peut être introduite par pulvérisation dans la partie supérieure de la zone de cristallisation, sous forme de gouttelettes de 50 à 500 micromètres. La zone de cristallisation peut contenir comme il a été dit, une multiplicité de filaments. La charge peut également être introduite à un débit contrôlé, sous forme d'un film sur lesdits filaments grâce aux orifices calibrés de la paroi inférieure de la chambre par lesquels passent ces filaments.
Selon une caractéristique du procédé, le gaz chaud recomprimé peut être refroidi à une température habituellement comprise entre -30 et +70"C, avantageusement entre 20 et 50"C, puis il peut être détendu dans un rapport 1,5 à 5 par rapport à la pression initiale qui est la pression de recompression.
Le niveau de température avant la détente du gaz et la chute de pression d'un gaz sont déterminés en relation avec le niveau de température froide souhaitée dans le cristalliseur.
Selon une autre caractéristique, on peut détendre le gaz à une pression de 1 à 15 bar et de préférence de 4 à 8 bar.
L'invention sera mieux comprise au vu des figures suivantes, illustrant de manière schématique le dispositif, parmi lesquelles
La figure 1 représente une coupe longitudinale de la partie supérieure du cristalliseur ; et
La figure 2 montre un agencement de la chaîne de froid combiné à un mode de réalisation avantageux du cristalliseur.
La figure 1 représente une coupe longitudinale de la partie supérieure du cristalliseur ; et
La figure 2 montre un agencement de la chaîne de froid combiné à un mode de réalisation avantageux du cristalliseur.
Selon les figures 1 et 2, L'enceinte de cristallisation 1 de forme sensiblement tubulaire et verticale comprend trois zones A, B, C
la zone A est une zone d'alimentation et de distribution de la charge liquide,
la zone B est une zone de refroidissement par contact direct d'un gaz froid avec
des filaments mouillés par la charge.
la zone A est une zone d'alimentation et de distribution de la charge liquide,
la zone B est une zone de refroidissement par contact direct d'un gaz froid avec
des filaments mouillés par la charge.
la zone C est une zone de décantation de la suspension de cristaux obtenus
dans la zone B de mûrissement et de purification de ces cristaux.
dans la zone B de mûrissement et de purification de ces cristaux.
Dans la zone A, une charge liquide contenant un mélange de xylènes de préférence prérefroidi de manière que sa température approche sa température de cristallisation initiale tout en lui restant supérieure, est introduite par une ligne (46) dans une chambre (40) d'alimentation sous contrôle de niveau. Une paroi (2) inférieure transversale de cette chambre, perforée d'une multitude d'orifices (4a) selon un pas, par exemple, triangulaire, est soudée à la paroi interne de l'enceinte 1.
Chaque orifice comprend un manchon (4) annulaire, élastique, résistant aux xylènes.
Un faisceau de filaments (5) tubulaires en aluminium, suspendu par son extrémité supérieure à une tête flottante (6), dont le nombre de tubes est égal à celui des orifices, traverse la paroi (2) de la chambre par les orifices et, grâce au manchon élastique qui obstrue partiellement l'espace annulaire entre le filament et l'orifice, un film de liquide circule sur chaque filament de haut en bas, sous débit contrôlé. Ces filaments sont sensiblement disposés selon l'axe de l'enceinte. Un éventuel courant de gaz chaud (N2 par exemple) peut être introduit grâce à un orifice (7) et une ligne (7a), reliés à une source de gaz chaud (ligne 23) dans la zone A de distribution de la charge pour réchauffer au moins en partie l'intérieur des filaments tubulaires. II contribue par ailleurs au contrôle de débit du film de liquide. La barre flottante (6) de suspension est suspendue à la tête (8) de l'enceinte contenant les filaments par des moyens de fixation non représentés sur la figure.
Un élément induisant des vibrations ultrasoniques par exemple peut être raccordé à la barre flottante pour faciliter la chute des cristaux susceptibles de se déposer sur les filaments. (non représenté sur la figure).
La zone B cylindrique (figure 2) comprend une alimentation (9) de gaz froid à la partie inférieure de l'enceinte, sensiblement au voisinage de l'extrémité inférieure des filaments et une sortie (10) de gaz plus chaud résultant de l'échange de chaleur avec la charge sous la paroi inférieure (2) de la chambre d'alimentation (40).
Des orifices périphériques (11) régulièrement répartis à la périphérie permettent de collecter le gaz et de l'évacuer par la sortie (10) en direction de moyens de recompression. La suspension de cristaux formés par refroidissement au contact du gaz froid circulant à contre-courant de l'écoulement du film de la charge est évacuée par une sortie (20) qui plonge dans la zone C de décantation remplie en partie de liquide (liqueur mère). Cette zone C présente un diamètre plus grand que celui de la zone B et est sensiblement concentrique.
Une connexion de manière étanche est réalisée entre les deux enceintes B et C, sous l'alimentation (9) en gaz froid.
Dans la zone C, les cristaux en suspension dans la liqueur mère sont récupérés. Cette zone C de décantation et de purification est aussi une zone de maturation et de croiissance de cristaux.
Cette zone opère par exemple selon un système de purification par colonne pulsée décrite dans le "Handbook of Chemical Engineers", Perry, 6ème édition 17, pages 6 et 7.
La combinaison d'une alimentation (14) intermittente en un gaz d'appoint (N2 par exemple) à plus haute pression dans la partie supérieure de l'enceinte C audessus du niveau du liquide, et de pulsations cycliques résultant de l'introduction de ce gaz contribue à la décantation et à la purification des cristaux. Ces pulsations permettent de plus de maintenir les cristaux en suspension.
Le niveau de la liqueur mère peut donc fluctuer dans la partie supérieure de l'enceinte C qui dispose d'un volume suffisamment grand pour absorber les variations de niveaux de liquide.
Une ligne 49 reliée à une sortie (15) disposée à la périphérie de l'enceinte C, située latéralement dans la partie supérieure de l'enceinte C sous le niveau de liquide, récupère la liqueur mère produite.
Cette sortie (15) se situe par ailleurs au-dessus du niveau de la sortie (20) de l'enceinte B, qui débouche dans l'enceinte C.
Un faisceau (16) chauffant comprenant une entrée et une sortie de liquide caloporteur est disposé en fond de l'enceinte C pour fondre les cristaux ainsi purifiés. Des cristaux fondus peuvent circuler pendant une période de temps suffisante par convection, par différence de densité et par les mouvements de pulsation induits, de haut en bas et de bas en haut. Une partie de la phase fondue devient un reflux qui, par contact avec la masse de cristaux froids par rapport à la température de cristallisation du paraxylène pur est recristallisée et ainsi purifiée, tandis que ces cristaux sont réchauffés et partiellement fondus.
A l'extrémité inférieure de l'enceinte C, une sortie (17) soutire le produit purifié, sous le faisceau (16) de chauffage.
On a décrit un système de décantation et de purification par colonne pulsée, dont le principe est connu mais qui utilise une source de gaz comprimé (ligne 23) comme fluide moteur.
On aurait pu en sortie (20) de l'enceinte B introduire la suspension de cristaux soit dans une centrifugeuse ou un filtre rotatif permettant de séparer les cristaux de la liqueur mère et en même temps de les laver, soit dans une colonne de lavage à contre-courant par du paraxylène fondu. Ces techniques de purification sont notamment décrites dans les demandes de brevet WO 96/20.908.
Selon la figure 2, une charge de xylènes enrichie par exemple à 90 % en paraxylène et provenant d'un procédé d'adsorption en lit mobile simulé est envoyée par une ligne (41) dans un ballon de charge (42).
La charge liquide est envoyée par une pompe (43) et une ligne (44) vers un échangeur de chaleur (45) dans lequel elle est refroidie, puis par la ligne (46) dans la partie supérieure de la colonne (1) de cristallisation, d'où elle s'écoule sous forme de film sur les filaments tubulaires (5). Dans son mouvement descendant le long des filaments, ce film entre en contact à contre-courant avec le gaz froid introduit dans la partie inférieure de la colonne par l'entrée (9) qui communique via une ligne (31) d'amenée de gaz froid et détendu à un turbodétendeur (30).
Le gaz froid au contact direct du liquide qui descend, échange des frigories, se réchauffe, et est évacué par la sortie (10) et la ligne (22) vers l'aspiration d'un compresseur (24a) mis en mouvement par le turbodétendeur. Le gaz partiellement comprimé et réchauffé est envoyé par une ligne (23) à l'aspiration d'un second compresseur (24b) fonctionnant par exemple à l'électricité qui comprime le gaz à une pression suffisante. Ce gaz comprimé est introduit par une ligne (26) vers un échangeur de chaleur (27) à eau qui refroidit partiellement le gaz comprimé à une température compatible avec la température et le niveau de pression souhaités à l'entrée du turbodétendeur.
Un ballon (28) recueillant des constituants éventuellement condensés, par exemple du toluène peut être interposé entre la sortie de l'échangeur (27) et l'entrée du turbodétendeur. Ce dernier reçoit le gaz débarrassé de liquide condensé par une ligne (29), raccordée à la tête du ballon (28). En fond du ballon (28), une ligne (29b) soutire le condensat vers le ballon de charge (42).
En fond de colonne C de purification, le faisceau (16) chauffant la suspension des cristaux est alimenté en gaz chaud par une ligne (25) où circule une partie du gaz comprimé et chaud qui provient du compresseur (24b). Le gaz refroidi qui sort du faisceau (16) est évacué par une ligne (25b) vers l'entrée de l'échangeur de chaleur (27) et contribue au refroidissement du gaz comprimé chaud.
Le produit purifié et fondu, le paraxylène, est récupéré par la sortie (17) à l'extrémité inférieure de l'enceinte C et est soutiré par une ligne (48).
La liqueur mère est récupérée à la sortie (15) de l'enceinte C et est soutirée par une ligne (49) comprenant une pompe (32) et l'échangeur de chaleur (45) adapté à pré refroidir la charge à l'entrée de l'enceinte de cristallisation. La liqueur mère peut être recyclée en partie au moins à la colonne d'adsorption des xylènes sur tamis moléculaire ou en partie au moins dans la zone A.
Enfin, pour que la colonne de purification puisse fonctionner selon le principe d'une colonne pulsée de manière cyclique, une alimentation (36) en gaz d'appoint sous pression, reliée à la ligne 23 est reliée alternativement par une vanne rotative (33) à la colonne C par la ligne 14 et par la ligne 35, au ballon (34) contenant du paraxylène liquide et dont le fond est connecté à l'aspiration d'une pompe (50) à la ligne 48.
Les exemples suivants illustrent l'invention.
On considère une charge de xylènes à 90 % de paraxylène provenant d'une adsorption en lit mobile simulé, sur tamis moléculaire BaX.
On réalise le procédé de cristallisation de l'invention selon la figure 2, à deux niveaux de température différents, la quantité de charge de cristallisation par unité de temps introduite dans l'enceinte de cristallisation, par tonne de paraxylène produit à 99,9 % de pureté variant avec la température de cristallisation souhaitée dans l'enceinte.
Exemple 1
Cas où la température finale de cristallisation souhaitée est de -10 C, le gaz froid atteignant une température de -45 C en sortie du turbodétendeur (30).
Cas où la température finale de cristallisation souhaitée est de -10 C, le gaz froid atteignant une température de -45 C en sortie du turbodétendeur (30).
Quantité de charge 1,33 T.
Pression et température d'entrée de la charge (ligne 46) 5 bar Abs, 220C.
Débit de gaz (N2): 385 tonnes par tonne de paraxylène produit.
Pression et température de sortie du gaz de l'enceinte (ligne 22): 4,8 bar, +15"C.
Pression et température de sortie du gaz du compresseur (24b) (ligne 26):
16 bar, 147"C.
16 bar, 147"C.
Pression et température de sortie du gaz de l'échangeur (27) (ligne 29):
15 bar, +30"C.
15 bar, +30"C.
Pression et température du gaz après détente (30) (ligne 31): 5 bar, -45 C.
Energie nécessaire à la recompression du gaz : 142 kW par tonne de
paraxylène, dont 47 % fournie par la turbodétente au compresseur (24a).
paraxylène, dont 47 % fournie par la turbodétente au compresseur (24a).
Surface de refroidissement des filaments (5) 60 m2/tonne de paraxylène.
Rendement en paraxylène : 83,8 %.
Exemple 2
Cas où la température de cristallisation souhaitée est de -50 C, le gaz froid atteignant une température de -70 C en sortie du turbodétendeur (30), le débit de gaz (N2) restant le même que dans l'exemple 1.
Cas où la température de cristallisation souhaitée est de -50 C, le gaz froid atteignant une température de -70 C en sortie du turbodétendeur (30), le débit de gaz (N2) restant le même que dans l'exemple 1.
Quantité de charge 1,14 T.
Pression et température de la charge (ligne 46): 5 bar Abs., 20"C.
Pression et température de sortie du gaz de l'enceinte (ligne 22): 4,8 bar, +10"C.
Pression et température de sortie du gaz du compresseur (ligne 26): 21 bar, 200"C.
Pression de température de sortie du gaz de l'échangeur (ligne 29): 20 bar, 30"C.
Pression et température du gaz après détente (ligne 31): 5 bar, -70 C.
Energie nécessaire à la recompression du gaz : 177 kW par tonne de
paraxylène dont 57 % fournie par la turbodétente.
paraxylène dont 57 % fournie par la turbodétente.
Energie nécessaire à l'échangeur thermique (27): 65 kW/tonne de paraxylène.
Surface de refroidissement des filaments (5): 123 m2/tonne de paraxylène.
Rendement en paraxylène : 98 %.
On note donc que dans le cas de l'exemple 2, on traite une quantité plus faible de charge par tonne de paraxylène produit et on récupère plus d'énergie sur le compresseur (24a) mis en mouvement par la turbodétente sensiblement isentropique.
En d'autres termes, la quantité d'énergie supplémentaire nécessaire à la recompression du gaz apportée par le compresseur (24b) est très peu différente d'un exemple à l'autre, que l'on atteigne une température de cristallisation de -10 C ou de -50 C.
Claims (20)
1. Dispositif de cristallisation d'un constituant à partir d'un mélange liquide en
contenant, comprenant une enceinte (1) de forme allongée comportant dans
sa partie supérieure des moyens (46) d'alimentation en ledit mélange, des
moyens (20) de collecte, dans sa partie inférieure, des cristaux du constituant
en suspension dans une liqueur mère, reliés à des moyens (C) de séparation
et de purification des cristaux obtenus, des moyens (9) d'alimentation en un
fluide gazeux froid introduit en au moins un point situé dans la partie
inférieure de l'enceinte et des moyens (22) de soutirage du fluide gazeux dit
chaud disposés à la partie supérieure de l'enceinte, résultant de l'échange de
chaleur direct à contre-courant du fluide gazeux froid avec le mélange, ledit
dispositif comportant en outre des moyens de mise en forme appropriée d'un
écoulement descendant du mélange tel que le fluide gazeux froid qui circule
vers le haut échange directement du froid avec le mélange mis en forme, les
moyens (22) de soutirage du fluide gazeux chaud étant reliés à au moins un
moyen de recompression (24b) dudit fluide, le moyen de recompression ayant
une sortie connectée à au moins un échangeur (27) de chaleur, l'échangeur
de chaleur ayant une sortie reliée à un turbodétendeur (30), le
turbodétendeur ayant une sortie reliée aux moyens d'alimentation (31) en le
fluide gazeux froid.
2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel les moyens de mise en forme
appropriée de l'écoulement descendant du mélange comportent au moins un
moyen de pulvérisation adapté à former des gouttelettes du mélange de taille
comprise entre 50 et 500 micromètres et de préférence selon une distribution
de tailles de 150 à 200 micromètres pour au moins 80 % des gouttelettes.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel ladite enceinte
comporte une multiplicité de filaments (5) suspendus, non jointifs,
sensiblement parallèles à son axe longitudinal supportés par des moyens de
fixation disposés au voisinage de l'extrémité supérieure de l'enceinte, et
occupant sensiblement toute la section de l'enceinte.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 3 dans lequel les moyens de
mise en forme appropriée de l'écoulement comprennent une chambre (40) en
communication avec lesdits moyens d'alimentation (46) en le mélange,
comportant une multiplicité d'orifices (4a) d'écoulement percés sur la paroi
inférieure transversale de la chambre et en nombre égal à celui des filaments
(5), chaque filament passant par un orifice, ladite chambre contenant un
volume de mélange tel que la hauteur de mélange en combinaison avec la
surface disponible d'écoulement entre l'orifice et le filament permet un
mouillage sur le filament et un écoulement adéquat de mélange sur la surface
de chaque filament.
5. Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4 dans lequel les filaments sont
creux et sont reliés à des moyens (7a) de circulation du fluide chaud
recomprimé.
6. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, dans lequel chaque orifice
comprend un manchon (4)non étanche, coopérant avec ladite chambre et
avec chaque filament pour réaliser le mouillage du filament et l'écoulement
adéquat du mélange sur le filament.
7. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6 dans lequel la distance interaxe
entre deux filaments adjacents est au moins égale à 2 fois le diamètre du
filament.
8. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 7 dans lequel les moyens (6) de
fixation des filaments sont reliés à des moyens de vibration.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel un compresseur
(24a) mis en mouvement par le turbodétendeur est interposé entre le moyen
de soutirage du fluide gazeux chaud et le moyen de recompression (24b)
dudit fluide.
10. Utilisation du dispositif pour la séparation du paraxylène à partir d'une charge
d'hydrocarbures contenant des isomères aromatiques à 8 atomes de
carbone.
11. Utilisation selon la revendication 10 dans laquelle la charge d'hydrocarbures
contenant lesdits isomères est obtenue à partir d'un procédé d'adsorption sur
un tamis moléculaire en lit mobile simulé ou d'un procédé de dismutation
sélective de toluène.
12. Utilisation selon l'une des revendications 10 et 1 1 dans laquelle on effectue
une détente d'un gaz comprimé à une pression initiale et préalablement
refroidi à une température appropriée T, le gaz étant choisi dans le groupe
formé par l'air, l'hydrogène, I'azote et l'hélium, de façon que le gaz ait une
température inférieure d'au moins 10 C, de préférence inférieure de 20 à
50"C, son entrée dans une zone de cristallisation, définie en fonction de la
pureté de la charge d'hydrocarbures et du rendement de la cristallisation,
on introduit de manière adéquate la charge d'hydrocarbures dans la partie
supérieure de la zone de cristallisation,
on introduit le gaz détendu et froid en au moins un point situé dans la partie
inférieure de la zone de cristallisation.
paraxylène.
on sépare les cristaux de la liqueur mère et on récupère les cristaux de
on le refroidit au moins en partie à la température T,
égale à la pression initiale,
on recomprime le gaz chaud à une pression appropriée, sensiblement
cristallisation,
et on récupère un gaz chaud dans la partie supérieure de la zone de
dans une liqueur mère dans la partie inférieure de la zone de cristallisation
d'hydrocarbures, on récupère une suspension de cristaux de paraxylène
on met en contact direct le gaz froid à contre-courant avec la charge
13. Utilisation selon la revendication 12, dans laquelle la charge est introduite par
pulvérisation dans la partie supérieure de la zone de cristallisation sous forme
de gouttelettes de 50 à 500 micromètres.
14. Utilisation selon l'une des revendications 12 et 13 dans laquelle la zone de
cristallisation comporte une multiplicité de filaments suspendus, non jointifs,
sensiblement parallèles à son axe longitudinal, supportés par des moyens de
fixation et occupant sensiblement toute la section de ladite zone.
15. Utilisation selon l'une des revendications 12 et 14 dans laquelle on introduit la
charge d'hydrocarbures dans une chambre comportant une multiplicité
d'orifices d'écoulement percés sur sa paroi inférieure et en nombre égal à
celui des filaments, chaque filament passant par un orifice, on fait s'écouler
sur chaque filament un débit contrôlé de charge sous forme d'un film dans
l'espace annulaire d'écoulement disponible entre l'orifice et le filament.
16. Utilisation selon l'une des revendications 14 et 15 dans laquelle les filaments
sont creux et dans lesquels on fait s'écouler un faible débit de gaz chaud
recomprimé.
17. Utilisation selon l'une des revendications 12 à 16 dans laquelle le gaz chaud
après recompression est refroidi entre -30 et +70"C de préférence entre 20 et
50"C puis il est détendu dans un rapport 1,5 à 5 par rapport à la pression
initiale.
18. Utilisation selon l'une des revendications 12 à 17 dans laquelle la pression du
gaz détendu est de 1 à 15 bar et de préférence 4 à 8 bar.
19. Utilisation selon l'une des revendications 12 à 18 dans laquelle les cristaux
sont séparés de la liqueur mère dans une centrifugeuse.
20. Utilisation selon l'une des revendications 12 à 19 dans laquelle les cristaux
sont lavés dans une colonne de lavage opérant à contre-courant.
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