WO2010020715A1 - Procédé et dispositif de séparation en lit mobile simulé à débit de fluide de dérivation modulé - Google Patents

Procédé et dispositif de séparation en lit mobile simulé à débit de fluide de dérivation modulé Download PDF

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WO2010020715A1
WO2010020715A1 PCT/FR2009/000946 FR2009000946W WO2010020715A1 WO 2010020715 A1 WO2010020715 A1 WO 2010020715A1 FR 2009000946 W FR2009000946 W FR 2009000946W WO 2010020715 A1 WO2010020715 A1 WO 2010020715A1
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lines
synchronicity
extract
raffinate
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Xavier Decoodt
Gérard Hotier
Philibert Leflaive
Damien Leinekugel Le Cocq
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Ifp
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Publication date
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    • B01D—SEPARATION
    • B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/10—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features
    • B01D15/18—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features relating to flow patterns
    • B01D15/1814—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features relating to flow patterns recycling of the fraction to be distributed
    • B01D15/1821—Simulated moving beds
    • B01D15/1828—Simulated moving beds characterized by process features
    • B01D15/1835—Flushing
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    • C07C7/12—Purification; Separation; Use of additives by adsorption, i.e. purification or separation of hydrocarbons with the aid of solids, e.g. with ion-exchangers
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    • C10G2400/30—Aromatics

Definitions

  • the invention relates to the field of separations of natural or chemical products, which can hardly be separated by distillation.
  • a family of methods, and associated devices, known as methods, or devices for simulated moving bed separation, are then used, either in simulated countercurrent or in simulated co-current, which will be referred to hereinafter as the generic name "LMS".
  • LMS simulated co-current
  • LMS liquid crystal separation
  • a column operating in simulated moving bed comprises at least three zones, and possibly four or five, each of these zones being constituted by a certain number of successive beds, and each zone being defined by its position lying between a point d feed and a draw point.
  • an LMS column is fed with at least one charge F to be fractionated and a desorbent D (sometimes called an eluent), and at least one raffinate R and an extract E are withdrawn from said column.
  • D sometimes called an eluent
  • the feed and withdrawal points are modified over time, typically shifted in the same direction by a value corresponding to a bed.
  • Zone 1 zone of desorption of the compounds of the extract, between the injection of the desorbent D and the extraction of the extract E,
  • Zone 2 zone of desorption of the compounds of the raffinate, between the taking of the extract E and the injection of the charge to be fractionated F,
  • Zone 3 adsorption zone of the compounds of the extract, between the injection of the feedstock and the withdrawal of the raffinate R 1
  • the LMS devices typically comprise at least one column (and often two columns), divided into several successive adsorbent beds Aj, said beds being separated by trays.
  • each plate P comprising one, two or four chambers for performing the sequential operations of feeding the feed or injection of the desorbent and extracting the raffinate or extract.
  • Only one chamber can perform the 4 operations, but the present invention relates to columns with 2 chambers per tray.
  • Several solutions are possible for the use of the two chambers, each of which can be used for injection or withdrawal of one or more streams.
  • a first chamber can perform charge or desorbent injection operations, and the other chamber performs raffinate or extract extraction operations.
  • Another possible scenario is to use a chamber for the injection of the feedstock and the withdrawal of the raffinate, the other managing the injection of desorbent and withdrawal of the extract.
  • the controlled means for dispensing and extracting fluids from an LMS are typically one of two major types of technology: - either, for each tray, a plurality of all or nothing controlled valves for feeding or fluid withdrawal, these valves being typically located in the immediate vicinity of the corresponding plate.
  • Each tray P typically comprises at least 4 2-way valves, controlled in all or nothing, to respectively perform the fluid supply F and D and withdrawing fluids E and R.
  • the present invention is in the context of LMS units using a plurality of valves to ensure the supply and withdrawal of the different fluids.
  • Each of the trays P 1 typically comprises a plurality of distributor-mixer-extractor panels, called "DME trays" fed by lines or distribution / extraction systems.
  • the trays can be of any type and any geometry. They are generally divided into panels, corresponding to adjacent sectors of the section of the column, for example angular sector panels such as those shown in US Pat. No. 6,537,451, FIG. 8, or parallel sector panels as described in US Pat. US 6,797,175.
  • the separation column according to the invention comprises DME trays of parallel sector type and asymmetrical feeds.
  • each of the beds requires a collection of the main flow from the previous bed, the possibility of injecting an ancillary fluid or secondary fluid while mixing the best possible two fluids, or the possibility of taking a portion of the collected fluid , extract it to send it to the outside of the device and also to redistribute a fluid on the next bed.
  • a generic problem with all the LMS devices is to minimize the pollution generated by the liquid in the different zones of the fluid supply and draw-off circuit of the trays, during modifications of the feed points and racking during operation of the LMS.
  • This first scan variant typically performs short-duration scans with a high concentration gradient. These scans are of short duration precisely to limit the effects of the discontinuities of composition.
  • Another solution consists, as described in US Pat. Nos. 5,972,224 and 6,110,364, of passing a majority of the main stream into the column and a minority of this stream (typically from 1% to 20% of the main stream). ) outwards by external branch lines between successive trays.
  • This scanning of the distribution / extraction system at a plateau level by a flow from the upper plateau is typically done continuously, so that the lines and zones of the distribution / extraction system are no longer "dead", but constantly swept.
  • Such a system with continuous scanning via branch lines is presented in FIG. 2 of the patent FR 2,772,634.
  • the branch lines are generally small in diameter and include a small diameter valve, which reduces the cost of the system.
  • US patent teaching 5,972,224 and US 6,110,364 it is sought that the distribution / extraction system of a given plate is swept by liquid having a composition very close to that of the displaced liquid (liquid present in the system of distribution, or circulating at the plateau). Thus, mixtures of fluids of different composition are minimized, and the discontinuities in composition are reduced.
  • patents US 5,972,224 and US 6,110,364 recommend implementing scanning rates in the branches so that the transit speed in each branch is substantially the same as the forward speed of the gradient of concentration in the main stream of the LMS. This is called “synchronous" or "synchronous rate” scanning.
  • the different lines and capacities are scanned by a fluid which has a composition substantially identical to that of the liquid therein, and the circulating liquid is reintroduced into a bypass at a point where the composition of the main stream is substantially identical.
  • the sweeps are therefore synchronous long-term concentration gradient low or zero.
  • a scan is said to be "synchronous" when the scanning rate QS i / i + 1 from a plate P 1 to the following plate P i + 1 is equal to V / ST in which V is the cumulative volume of the distribution systems of trays Pi (ie V 1 ) and P 1 + 1 (ie V i +1 ), and the volume of the bypass line between these two trays (ie VL i / i + 1 ) and ST is the permutation period of the LMS between two successive permutations of the feeds / extractions.
  • V 1 Volume of the dispensing / extraction system of the starting tray P 1 ;
  • V 1 + 1 Volume of the distribution / extraction system of the arrival tray P i + 1 ;
  • - VL 1Z i +1 Volume of the branch line between P 1 and P 1 + 1 ;
  • the implementation of the synchronous scanning is typically carried out using a scan with a controlled flow rate, adapted to each zone, ranging from 50% to 150% of the synchronous rate in these zones, and ideally 100% of the flow rate.
  • synchronous The flows in the branch lines of the 4 LMS zones are controlled by control means in each branch line.
  • the skilled person could use a rate of 90% of the synchronous rate in all these areas, or 110%, or any other value close to 100% of the synchronous rate.
  • the skilled person following the teaching of the aforementioned patent will naturally choose to control flow rates in the 4 zones that correspond exactly to the synchronous rate (100% of the synchronous rate).
  • LMS separation device An example of a LMS separation device of great industrial importance is the separation of aromatic C8 cuts to produce purity paraxylene commercial, typically at least 99.7% by weight, and a raffinate rich in ethylbenzene, orthoxylene and metaxylene.
  • Figure 1 shows a succession of 3 beds Pi -1 , P
  • the effluent withdrawal lines (raffinate or extract) are located upstream of the isolation valve of the bypass line.
  • the supply lines (charge or desorbent) are located downstream of the isolation valve.
  • FIG. 2a represents an injection situation
  • FIG. 2b shows a withdrawal situation in a configuration of the column according to FIG. 1.
  • FIG. 3 shows the variations in the performance of the LMS, measured in terms of efficiency (R) in PX at desorbent flow rate, charge rate, product paraxylene purity and fixed permutation period, as a function of the synchronicity (S) of all unclosed bypass lines for each zone, maintaining 100% synchronicity for all non-closed bypass lines in the other zones.
  • Zone 1 is represented by the diamond curve.
  • Zone 2 is represented by the square curve.
  • Zone 3 is represented by the triangle curve.
  • Zone 4 is represented by the circle curve.
  • FIG. 4 represents a succession of 3 beds P M , P 1, P 1 + 1 forming part of a simulated moving bed column (LMS).
  • the effluent withdrawal lines (raffinate or extract) are located downstream of the bypass line isolation valve.
  • the supply lines (charge or desorbent) are located upstream of the isolation valve.
  • FIG. 5a represents an injection situation
  • FIG. 5b shows a withdrawal situation in a configuration of the column according to FIG. 4.
  • FIG. 6 shows the variations in the performance of the LMS, measured in terms of efficiency (R) in PX at desorbent flow rate, charge flow rate, product paraxylene purity and fixed permutation period, as a function of the synchronicity (S) of all unclosed bypass lines for each zone, maintaining 100% synchronicity for all non-closed bypass lines in the other zones.
  • Zone 1 is represented by the diamond curve.
  • Zone 2 is represented by the square curve.
  • Zone 3 is represented by the triangle curve.
  • Zone 4 is represented by the circle curve.
  • the object of the invention is to improve the performance of a simulated bed separation process compared with the teaching of US Pat. Nos. 5,972,224 and US 6,110,364.
  • the invention also relates to an improved simulated moving bed separation device using a plurality of 2-way on / off controlled valves for feeding and extracting LMS process fluids, and performing long-duration gradient scans. low or no concentration.
  • the present invention defines on each zone of the LMS unit a range of bypass flow having a certain degree of over-synchronicity specific to the area in question. This results in a complex optimum of the set of derivation rates, which depends both on the area of the LMS considered, and as will be seen in the detailed description, the number of closed branch lines in said area. This technical problem is totally absent from the teaching of the prior art and constitutes an increase of knowledge in the control of LMS type processes.
  • the present invention thus relates to a simulated moving bed separation (LMS) method of a load F in an LMS device having at least one column, said column being composed of a plurality of adsorbent beds separated by trays P, each comprising a distribution / extraction system, in which the feedstock F and a desorbent D are fed, and at least one extract E and at least one raffinate R are withdrawn, the feed and withdrawal points being offset during the time of a value corresponding to an adsorbent bed with a permutation period ST, and determining a plurality of operating zones of the LMS, and in particular the following 4 main zones:
  • a desorption zone 2 for the raffinate compounds between the withdrawal of the extract E and the supply of the feed F;
  • each of the branch lines L w + 1 comprises automated control means the sweep rate, the degree of opening of said regulating means being defined by the following two rules:
  • VLy 1 + 1 denotes the volume of the branch line between Pj and P i + 1 ; and ST designating the permutation period.
  • the present invention also relates to a method for adjusting the scanning rates for each zone constituting the LMS column which can be defined as follows:
  • the process according to the present invention is more particularly applicable to the separation of paraxylene or metaxylene in a mixture of C8 aromatic hydrocarbons.
  • these two examples of application are in no way limiting and other applications are possible, especially in the field of separation of normal and iso paraffins or normal and iso olefins.
  • the invention proposes a simulated moving bed separation (LMS) method of a load F in an LMS device having at least one column, said column being composed of a plurality of adsorbent beds separated by trays P, each comprising a distribution / extraction system, in which the feedstock F is fed with a desorbent D, and at least one extract E is withdrawn, and at least one raffinate R , the feeding points and withdrawal being shifted over time by a value corresponding to an adsorbent bed with a permutation period ST and determining a plurality of operating zones of the LMS 1 and in particular the following main zones:
  • LMS simulated moving bed separation
  • each of these branch lines Ui +1 comprises automated means for regulating the sweep rate.
  • the external branch line L w + 1 directly joining two successive plates Pi, P 1 + 1 is said to belong to a zone when the bed between the plates P 1 and P i + i belongs to said zone.
  • a bypass line is said to be closed when the flow rate in this bypass line is zero. This closure can be achieved using any technical means for canceling the flow in the bypass line such as including an on-off valve, a flow control valve or a non-return valve.
  • the degree of opening of said regulating means is defined by the following two rules:
  • Vj denotes the volume of the distribution / extraction system of the starting tray Pj
  • V i + 1 denotes the volume of the distribution / extraction system of the arrival tray P i + 1
  • VLi / i +1 denotes the volume of the branch line between P 1 and P 1 + 1 ; and ST designating the permutation period.
  • the sweeping rate of the branch lines in a given operating zone is essentially related to the presence or not of at least one closed bypass line in said zone.
  • the over-synchronicity S of the non-closed bypass lines of an area where there is at least one closed bypass line is defined by the ratio of the number of closed bypass lines (nf) in the area under consideration to the number total of the diversion lines of the zone (nt), ie on the number of beds of the zone considered.
  • the branch line to be closed for injection or withdrawal depends in particular on the position of the injection and withdrawal lines with respect to the bypass line closure device.
  • the position of an element (plate, bed, valve, valve, ...) downstream from another element is defined with respect to the direction of the progress of the withdrawal and introduction points during the permutation sequences. .
  • LMS unit consisting of 24 beds, length 1, 1 m and internal radius 3.5 m, with a charge injection, an injection of desorbent (which can also be called eluent or solvent), a withdrawal of extract and a raffinate withdrawal.
  • desorbent which can also be called eluent or solvent
  • the trays are two mixing chambers, one being an injection box (filler and desorbent), the other being a tundish (extract and raffinate).
  • the effluent withdrawal lines (raffinate or extract) are located upstream of the bypass line isolation valve (it will be more simply called "upstream of the bypass line valve").
  • the supply lines (charge or desorbent) are located downstream of the isolation valve ( Figure 1).
  • the beds are distributed according to the configuration 5/9/7/3 ie that the distribution of the beds is as follows:
  • the adsorbent employed is a BaX zeolite, and the eluent is paradiethylbenzene.
  • the temperature is 175 ° C., and the pressure is 15 bars.
  • the filler is composed of 20% paraxylene, 24% orthoxylene, 51% metaxylene and 5% ethylbenzene.
  • the permutation period used is 70.8 seconds.
  • the yield of PX is the ratio between the amount of PX withdrawn in the extract and the amount of PX injected.
  • Zone 1 is represented by the diamond curve.
  • Zone 2 is represented by the square curve.
  • Zone 3 is represented by the triangle curve.
  • Zone 4 is represented by the circle curve.
  • the four optimum synchronicity values are simultaneously imposed, ie 102% in zone 1, 110% in zone 2, 105% in zone 3 and 140% in zone 4.
  • Example 2 An LMS unit consisting of 15 beds of length 1.1 m and of internal radius 3.5 m is now considered, with a charge injection, an injection of desorbent (also called eluent or solvent), extraction of extract and a raffinate withdrawal.
  • desorbent also called eluent or solvent
  • the trays are two mixing chambers, one being an injection box (filler and desorbent), the other being a tundish (extract and raffinate).
  • this type of bypass line leads to: - close two branch lines in zone 1 (injection of the desorbent by a line connected to the bypass line of the first bed of the zone and extraction of the extract by a line connected to the bypass line of the last bed of the zone) ,
  • zone 3 injection of the load by a line connected to the bypass line of the first bed of the zone and withdrawal of the raffinate by a line connected to the bypass line of the last bed of the zone).
  • the beds are distributed according to the configuration 3/6/4/2 that is to say that the distribution of the beds is as follows: - 3 beds in zone 1,
  • the adsorbent employed is a BaX zeolite, and the eluent is paradiethylbenzene.
  • the temperature is 175 ° C., and the pressure is 15 bars.
  • the filler is composed of 20% paraxylene, 24% orthoxylene, 51% metaxylene and 5% ethylbenzene.
  • the permutation period used is 113.28 seconds.
  • a solvent ratio S / F 1, 1.
  • Zone 1 is represented by the diamond curve.
  • Zone 2 is represented by the square curve.
  • Zone 3 is represented by the triangle curve.
  • Zone 4 is represented by the circle curve.
  • the yield of PX is the ratio between the amount of PX withdrawn in the extract and the amount of PX injected.
  • the four optimal synchronicity values are simultaneously imposed, ie 170% in zone 1, 105% in zone 2, 133% in zone 3 and 100% in zone 4.

Abstract

Procédé de séparation d'une charge F par adsorption en lit mobile simulé dans un dispositif LMS comprenant au moins une zone 1 de désorption des composés produits à l'extrait, une zone 2 de désorption des composés produits au raffinât, une zone 3 pour l'adsorption des composés produits à l'extrait, une zone 4 située entre le soutirage du raffinât et l'alimentation du désorbant, le dispositif comprenant des lignes de dérivation externes Li/i+1 joignant directement deux plateaux successifs Pi , Pi+1, dans lequel on modifie séquentiellement le degré d'ouverture de moyens de restriction du débit de balayage des lignes de dérivationLi/i+1, de façon que : 1 ) dans une zone de fonctionnement où existe au moins une ligne de dérivation fermée, on établit une sur-synchronicité du débit de balayage sur toutes les lignes de dérivation non fermées appartenant à la zone considérée, la dite sur-synchronicité étant définie par la formule suivante : S =a +b (nf/nt) dans laquelle la constante a est une constante comprise entre -5 et 5 et b est une constante comprise entre 40 et 100, 2) s'il n'y a aucune ligne de dérivation fermée dans la zone considérée (autrement dit si toutes les lignes de dérivation de la zone sont ouvertes), alors on établit dans toutes les lignes de balayage de ladite zone un débit correspondant à la synchronicité à plus ou moins 8 % près.

Description

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE SÉPARATION EN LIT MOBILE SIMULÉ À DÉBIT DE FLUIDE DE DÉRIVATION MODULÉ
Domaine de l'invention : L'invention se rapporte au domaine des séparations de produits naturels ou chimiques, que l'on peut difficilement séparer par distillation. On utilise alors une famille de procédés, et de dispositifs associés, connus sous le nom de procédés, ou dispositifs de séparation en lit mobile simulé, soit en contre-courant simulé, soit en co-courant simulé, que nous désignerons ci-après par l'appellation générique « LMS ». Les domaines concernés sont notamment, et de façon non exclusive :
- la séparation entre d'une part les paraffines normales et d'autre part les paraffines ramifiées, naphtènes, et aromatiques,
- la séparation oléfines / paraffines,
- la séparation du paraxylène des autres isomères en C8 aromatiques, - la séparation du métaxylène des autres isomères en C8 aromatiques,
- la séparation de l'éthylbenzène des autres isomères en C8 aromatiques.
Hors raffinerie et complexe pétrochimique, il existe de nombreuses autres applications parmi lesquelles on peut citer la séparation glucose / fructose, la séparation des isomères de position du crésol, des isomères optiques etc.
Art antérieur :
La séparation en LMS est bien connue dans l'état de la technique. En règle générale, une colonne fonctionnant en lit mobile simulé comporte au moins trois zones, et éventuellement quatre ou cinq, chacune de ces zones étant constituée par un certain nombre de lits successifs, et chaque zone étant définie par sa position comprise entre un point d'alimentation et un point de soutirage. Typiquement, une colonne en LMS est alimentée par au moins une charge F à fractionner et un désorbant D (parfois appelé éluant), et l'on soutire de ladite colonne au moins un raffinât R et un extrait E.
Les points d'alimentation et de soutirage sont modifiés au cours du temps, typiquement décalés dans le même sens d'une valeur correspondant à un lit.
Par définition, on désigne chacune des zones de fonctionnement par un numéro : • zone 1 = zone de désorption des composés de l'extrait, comprise entre l'injection du désorbant D et le prélèvement de l'extrait E,
• zone 2 = zone de désorption des composés du raffinât, comprise entre le prélèvement de l'extrait E et l'injection de la charge à fractionner F,
• zone 3 = zone d'adsorption des composés de l'extrait, comprise entre l'injection de la charge et le soutirage du raffinât R1
• et de préférence une zone 4 située entre le soutirage de raffinât et l'injection du désorbant.
L'état de la technique décrit de façon approfondie différents dispositifs et procédés permettant d'effectuer la séparation de charges en lit mobile simulé.
On peut citer notamment les brevets US 2,985,589, US 3,214,247, US 3,268,605, US
3,592,612, US 4,614,204, US 4,378,292, US 5,200,075, US 5,316,821. Ces brevets décrivent également en détail le fonctionnement d'un LMS.
Les dispositifs LMS comportent typiquement au moins une colonne (et souvent deux), divisée en plusieurs lits d'adsorbant Aj successifs, lesdits lits étant séparés par des plateaux
Pi, chaque plateau P, comportant une, deux ou quatre chambres permettant d'effectuer les opérations séquentielles d'alimentation de la charge ou d'injection du désorbant et d'extraction du raffinât ou de l'extrait.
Une seule chambre peut effectuer les 4 opérations, mais la présente invention concerne les colonnes à 2 chambres par plateau. Plusieurs solutions sont possibles pour l'usage des deux chambres, chacune pouvant être utilisée pour l'injection ou le soutirage d'un ou plusieurs flux. Par exemple, une première chambre peut effectuer les opérations d'injection de charge ou de désorbant, et l'autre chambre effectue les opérations de soutirage de raffinât ou d'extrait. Un autre cas de figure possible consiste à utiliser une chambre pour l'injection de la charge et le soutirage du raffinât, l'autre gérant l'injection de désorbant et le soutirage de l'extrait. Ces deux exemples ne sont pas limitants, d'autres utilisations des deux chambres étant possibles.
Les moyens commandés de distribution et d'extraction de fluides d'un LMS sont typiquement de l'un des deux grands types suivants de technologie : - soit, pour chaque plateau, une pluralité de vannes commandées tout ou rien pour l'alimentation ou le soutirage des fluides, ces vannes étant typiquement situées au voisinage immédiat du plateau correspondant. Chaque plateau P, comprend typiquement au moins 4 vannes à 2 voies, commandées en tout ou rien, pour effectuer respectivement les alimentations des fluides F et D et les soutirages des fluides E et R.
- soit une vanne rotative multi-voies pour l'alimentation ou le soutirage des fluides sur l'ensemble des plateaux. La présente invention se situe dans le cadre des unités LMS utilisant une pluralité de vannes pour assurer l'alimentation et le soutirage des différents fluides.
Chacun des plateaux P1 comprend typiquement une pluralité de panneaux distributeurs- mélangeurs-extracteurs, dits "plateaux DME" alimentés par des lignes ou systèmes de distribution/extraction. Les plateaux peuvent être de tout type et de toute géométrie. Ils sont généralement divisés en panneaux, correspondant à des secteurs adjacents de la section de la colonne, par exemple des panneaux à secteurs angulaires tels que ceux présentés dans le brevet US 6,537,451 figure 8, ou des panneaux à secteurs parallèles tels que décrit dans le brevet US 6,797,175. De façon préférée, la colonne de séparation selon l'invention comprend des plateaux DME de type à secteurs parallèles et alimentations dissymétriques.
La distribution sur chacun des lits requiert une collecte du flux principal provenant du lit précédent, la possibilité d'y injecter un fluide annexe ou fluide secondaire tout en mélangeant le mieux possible ces deux fluides, ou encore la possibilité de prélever une partie du fluide collecté, de l'extraire pour l'envoyer vers l'extérieur du dispositif et aussi de redistribuer un fluide sur le lit suivant.
Un problème générique à l'ensemble des dispositifs LMS est de minimiser la pollution générée par le liquide se trouvant dans les différentes zones du ou des circuits d'alimentation et de soutirage de fluides des plateaux, lors des modifications des points d'alimentation et de soutirage au cours du fonctionnement du LMS.
En effet, lorsque, au cours de la séquence de fonctionnement, une ligne, chambre, ou zone d'alimentation d'un plateau Pj n'est plus balayée par un fluide du procédé, elle devient une zone morte dans lequel le liquide stagne, et n'est remis en mouvement que lorsqu'un autre fluide du procédé y circule à nouveau. De par le fonctionnement du LMS, il s'agit alors d'un fluide du procédé généralement différent du fluide stagnant dans la ligne considérée. Le mélange, ou la circulation à bref intervalle de temps de fluides de compositions notablement différentes introduit des perturbations dans le profil de concentration de la zone considérée par rapport au fonctionnement idéal, pour lequel les discontinuités de composition sont à proscrire.
Un autre problème réside dans les éventuelles recirculations entre différentes zones d'un même plateau, et plus généralement dans l'ensemble du système de distribution/extraction d'un même plateau, du fait de très petites différences de pression entre les différentes zones du plateau, ce qui induit encore une perturbation par rapport au fonctionnement idéal. Pour résoudre ces problèmes liés aux recirculations et aux zones mortes, différentes solutions sont connues de l'art antérieur : a) II a déjà été proposé de réaliser un balayage du système de distribution/extraction d'un plateau donné par du désorbant ou du produit recherché, relativement pur. Cette technique permet effectivement d'éviter la pollution du produit désiré lors de son extraction. Toutefois, comme le liquide de balayage a une composition très différente du liquide qu'il déplace, cela introduit des discontinuités de composition préjudiciables au fonctionnement idéal. Cette première variante de balayage réalise typiquement des balayages de courte durée à gradient de concentration élevé. Ces balayages sont de courte durée précisément pour limiter les effets des discontinuités de composition. b) Une autre solution consiste, comme décrit dans les brevets US 5,972,224 et US 6,110,364, à faire transiter une majorité du flux principal vers l'intérieur de la colonne et une minorité de ce flux (typiquement de 1 % à 20 % du flux principal) vers l'extérieur par des lignes de dérivation externes entre plateaux successifs. Ce balayage du système de distribution/extraction au niveau d'un plateau par un flux provenant du plateau supérieur est typiquement réalisé en continu, de telle sorte que les lignes et zones du système de distribution/extraction ne soient plus « mortes », mais constamment balayées. Un tel système avec balayage continu via des lignes de dérivation est présenté à la figure 2 du brevet FR 2,772,634. Les lignes de dérivation sont en général de petit diamètre et comprennent une vanne de petit diamètre, ce qui réduit le coût du système. Selon l'enseignement des brevets US 5,972,224 et US 6,110,364, on cherche à ce que le système de distribution/extraction d'un plateau donné soit balayé par du liquide ayant une composition très voisine de celle du liquide déplacé (liquide présent dans le système de distribution, ou circulant au niveau du plateau). Ainsi, on minimise les mélanges de fluides de composition différente, et on réduit les discontinuités de composition. Dans ce but, les brevets US 5,972,224 et US 6,110,364 préconisent de mettre en œuvre des débits de balayage dans les dérivations de façon que la vitesse de transit dans chaque dérivation soit sensiblement la même que la vitesse d'avancement du gradient de concentration dans le flux principal du LMS. On parle alors de balayage "synchrone", ou "à débit synchrone". Ainsi, on réalise un balayage des différentes lignes et capacités par un fluide qui a une composition sensiblement identique à celle du liquide qui s'y trouve, et on réintroduit le liquide circulant dans une dérivation en un point où la composition du flux principal est sensiblement identique.
Les balayages sont donc synchrones de longue durée à gradient de concentration faible ou nul.
Selon l'enseignement de ce brevet, un balayage est dit "synchrone" lorsque le débit QSi/i+1 de balayage provenant d'un plateau P1 vers le plateau suivant Pi+1 est égal à V/ST dans lequel V est le volume cumulé des systèmes de distribution des plateaux Pi (soit V1) et P1+1 (soit Vj+1), et du volume de la ligne de dérivation entre ces deux plateaux (soit VLi/i+1) et ST est la période de permutation du LMS entre deux permutations successives des alimentations / extractions. On a donc: « Débit synchrone » = QSl/i+1 = (V| + V1+1 + VLw+1 ) / ST, avec :
- QS1Zi+1 = débit de balayage provenant du plateau Pn vers le plateau voisin (typiquement inférieur) P1+1 ;
- V1 = Volume du système de distribution/extraction du plateau de départ P1 ;
- V1+1 = Volume du système de distribution/extraction du plateau d'arrivée Pi+1 ; - VL1Zi+1 = Volume de la ligne de dérivation entre P1 et P1+1 ;
- ST = période de permutation.
La mise en œuvre du balayage synchrone est typiquement réalisée à l'aide d'un balayage avec un débit contrôlé, adapté à chacune des zones, allant de 50 % à 150 % du débit synchrone dans ces zones, et idéalement de 100 % du débit synchrone. Les débits dans les lignes de dérivation des 4 zones du LMS sont contrôlés par des moyens de régulation dans chaque ligne de dérivation.
Par exemple, l'homme du métier pourrait utiliser un débit de 90% du débit synchrone dans toutes ces zones, ou bien de 110%, ou bien toute autre valeur proche de 100% du débit synchrone. Toutefois, dans la mesure où il existe des moyens de régulation, l'homme du métier, suivant l'enseignement du brevet précité choisira naturellement de contrôler des débits dans les 4 zones qui correspondent exactement au débit synchrone (100% du débit synchrone).
Un exemple de dispositif de séparation LMS de grande importance industrielle concerne la séparation des coupes C8 aromatiques en vue de produire du paraxylène de pureté commerciale, typiquement à au moins 99,7% poids, et un raffinât riche en éthylbenzène, orthoxylène et métaxylène.
Les deux modes de réalisation précédemment cités permettent d'obtenir l'objectif de pureté commerciale. Cependant, la demanderesse a pu montrer, que si les enseignements des "balayages synchrones" des brevets US 5,972,224 et US 6,110,364 apportaient une amélioration certaine par rapport à l'art antérieur, il était encore possible, de façon surprenante, d'améliorer encore le fonctionnement et les performances du procédé de séparation en lit mobile simulé, en affinant les règles de définition des différents débits des lignes de dérivation.
Description sommaire des figures :
La figure 1 représente une succession de 3 lits Pi-1, P|, P1+1 faisant partie d'une colonne en lit mobile simulé (LMS). Les lignes de soutirage d'effluents (raffinât ou extrait) sont situées en amont de la vanne d'isolement de la ligne de dérivation. Les lignes d'alimentation (de charge ou de désorbant) sont situées en aval de la vanne d'isolement.
La figure 2a représente une situation d'injection, la figure 2b une situation de soutirage dans une configuration de la colonne selon la figure 1.
La figure 3 représente les variations de performance du LMS, mesurée en terme de rendement (R) en PX à débit de désorbant, débit de charge, pureté du paraxylène produit et période de permutation fixés, en fonction de la synchronicité (S) de toutes les lignes de dérivation non fermées pour chacune des zones, en conservant une synchronicité de 100 % pour l'ensemble des lignes de dérivation non fermées des autres zones. La zone 1 est représentée par la courbe en losange. La zone 2 est représentée par la courbe en carré. La zone 3 est représentée par la courbe en triangle. La zone 4 est représentée par la courbe en cercle.
La figure 4 représente une succession de 3 lits PM, P|, Pi+1 faisant partie d'une colonne en lit mobile simulé (LMS). Les lignes de soutirage d'effluents (raffinât ou extrait) sont situées en aval de la vanne d'isolement de la ligne de dérivation. Les lignes d'alimentation (de charge ou de désorbant) sont situées en amont de la vanne d'isolement. La figure 5a représente une situation d'injection, la figure 5b une situation de soutirage dans une configuration de la colonne selon la figure 4.
La figure 6 représente les variations de performance du LMS, mesurée en terme de rendement (R) en PX à débit de désorbant, débit de charge, pureté du paraxylène produit et période de permutation fixés, en fonction de la synchronicité (S) de toutes les lignes de dérivation non fermées pour chacune des zones, en conservant une synchronicité de 100 % pour l'ensemble des lignes de dérivation non fermées des autres zones. La zone 1 est représentée par la courbe en losange. La zone 2 est représentée par la courbe en carré. La zone 3 est représentée par la courbe en triangle. La zone 4 est représentée par la courbe en cercle.
Description simplifiée de l'invention : Le but de l'invention est d'améliorer les performances d'un procédé de séparation en lit simulé par rapport à l'enseignement des brevets US 5,972,224 et US 6,110,364. L'invention concerne également un dispositif perfectionné de séparation en lit mobile simulé utilisant une pluralité de vannes commandées tout ou rien à 2 voies pour l'alimentation et l'extraction des fluides de procédé du LMS, et réalisant des balayages de longue durée à gradient de concentration faible ou nul.
Il a en effet été découvert de façon surprenante que le fonctionnement idéal des lignes de dérivation ne correspondait pas à un débit strictement synchrone sur l'ensemble des zones de fonctionnement du LMS, mais à un débit différencié selon les zones du LMS et pouvant présenter dans certains cas une sur-synchronicité plus ou moins marquée. On entend par sur-synchronicité une valeur dépassant la valeur correspondant à la synchronicité d'au moins 10 %, et qu'on peut exprimer comme un pourcentage au dessus de ladite synchronicité. Plus précisément la sursynchronicité est définie par la formule: sursynchronicité (en %) = 100 *[ (débit réel dans la ligne de dérivation considérée / débit de synchronicité) - 1 ]
Plus précisément, la présente invention définit sur chaque zone de l'unité LMS une plage de débit de dérivation comportant un certain degré de sur-synchronicité spécifique à la zone considérée. II en résulte un optimum complexe de l'ensemble des débits de dérivation, qui dépend à la fois de la zone du LMS considérée, et comme on le verra dans la description détaillée, du nombre de lignes de dérivation fermées dans ladite zone. Cette problématique technique est totalement absente de l'enseignement de l'art antérieur et constitue une augmentation de connaissance dans la maîtrise des procédés de type LMS.
La présente invention concerne donc un procédé de séparation en lit mobile simulé (LMS) d'une charge F dans un dispositif LMS possédant au moins une colonne, ladite colonne étant composée d'une pluralité de lits d'adsorbants séparés par des plateaux P, comprenant chacun un système de distribution/extraction, procédé dans lequel on alimente la charge F et un désorbant D, et l'on soutire au moins un extrait E, et au moins un raffinât R, les points d'alimentation et de soutirage étant décalés au cours du temps d'une valeur correspondant à un lit d'adsorbant avec une période de permutation ST, et déterminant une pluralité de zones de fonctionnement du LMS, et notamment les 4 zones principales suivantes :
- une zone 1 de désorption des composés de l'extrait, comprise entre l'alimentation du désorbant D et le soutirage de l'extrait E ;
- une zone 2 de désorption des composés du raffinât, comprise entre le soutirage de l'extrait E et l'alimentation de la charge F ;
- une zone 3 pour l'adsorption des composés de l'extrait, comprise entre l'alimentation de la charge et le soutirage du raffinât R ; - une zone 4 située entre le soutirage du raffinât R et l'alimentation du désorbant D ; le dispositif comprenant en outre des lignes de dérivation externes Lj/i+1 joignant directement deux plateaux successifs Pj , P1+1, permettant le balayage desdits plateaux, dans lequel chacune des lignes de dérivation Lw+1 comprend des moyens automatisés de régulation du débit de balayage, le degré d'ouverture desdits moyens de régulation étant défini par les deux règles suivantes :
1 ) dans une zone de fonctionnement où existe au moins une ligne de dérivation fermée, on établit une sur-synchronicité du débit de balayage sur toutes les lignes de dérivation appartenant à la zone considérée, la dite sur-synchronicité étant définie par la formule suivante: S =a +b (nf/nt) dans laquelle a est une constante comprise entre -5 et 5, b est une constante comprise entre 40 et 100, qui est multipliée au rapport du nombre de ligne de dérivation fermées (nf) sur le nombre de lignes de dérivation total (nt) de la zone considérée,
2) s'il n'y a aucune ligne de dérivation fermée dans la zone considérée (autrement dit si toutes les lignes de dérivation de la zone sont ouvertes), alors on établit dans toutes les lignes de balayage de ladite zone un débit correspondant à la synchronicité à plus ou moins 8 % près, le débit de synchronicité étant défini par (Vj + V1+1 + VL|/i+1) / ST, expression dans laquelle Vj désigne le volume du système de distribution/extraction du plateau de départ Pi ; V1+1 désigne le volume du système de distribution/extraction du plateau d'arrivée Pi+1 ;
VLy1+1 désigne le volume de la ligne de dérivation entre Pj et Pi+1 ; et ST désignant la période de permutation.
La présente invention concerne également une méthode de réglage des débits de balayage pour chaque zone constituant la colonne en LMS qui peut être définie de la manière suivante :
1) on recherche l'optimum de synchronicité sur une zone donnée en fixant la synchronicité à 100 % pour l'ensemble des lignes de dérivation non fermées des autres zones 2) et on attribue à chaque zone l'optimum de synchronicité obtenu à l'étape précédente.
Enfin le procédé selon la présente invention s'applique plus particulièrement à la séparation du paraxylène ou du métaxylène au sein d'un mélange d'hydrocarbures aromatiques en C8. Bien entendu, ces deux exemples d'application ne sont nullement limitatifs et d'autres applications sont possibles, notamment dans le domaine de la séparation des normales et iso paraffines ou normales et iso oléfines.
Description détaillée de l'invention :
Pour améliorer les performances de séparation réalisables par les technologies LMS, l'invention propose un procédé de séparation en lit mobile simulé (LMS) d'une charge F dans un dispositif LMS possédant au moins une colonne, ladite colonne étant composée d'une pluralité de lits d'adsorbants séparés par des plateaux P, comprenant chacun un système de distribution/extraction, procédé dans lequel on alimente la charge F et un désorbant D, et l'on soutire au moins un extrait E, et au moins un raffinât R, les points d'alimentation et de soutirage étant décalés au cours du temps d'une valeur correspondant à un lit d'adsorbant avec une période de permutation ST et déterminant une pluralité de zones de fonctionnement du LMS1 et notamment les zones principales suivantes :
- une zone 1 de désorption des composés de l'extrait, comprise entre l'alimentation du désorbant D et le soutirage de l'extrait E,
- une zone 2 de désorption des composés du raffinât, comprise entre le soutirage de l'extrait E et l'alimentation de la charge F1
- une zone 3 pour l'adsorption des composés de l'extrait, comprise entre l'alimentation de la charge et le soutirage du raffinât R,
- une zone 4 située entre le soutirage du raffinât R et l'alimentation du désorbant D, le dispositif comprenant en outre des lignes de dérivation externes UJ+1 joignant directement deux plateaux successifs Pj , P1+1, permettant le balayage desdits plateaux, dans lequel chacune de ces lignes de dérivation Ui+1 comprend des moyens automatisés de régulation du débit de balayage. La ligne de dérivation externe Lw+1 joignant directement deux plateaux successifs Pi , P1+1, est dite appartenir à une zone lorsque le lit entre les plateaux P1 et Pi+i appartient à ladite zone. Une ligne de dérivation est dite fermée lorsque le débit dans cette ligne de dérivation est nul. Cette fermeture peut être réalisée à l'aide de tout moyen technique permettant d'annuler le débit dans la ligne de dérivation tel que notamment une vanne tout ou rien, une vanne de réglage de débit ou un clapet anti-retour.
Le degré d'ouverture desdits moyens de régulation est défini par les deux règles suivantes :
1 ) dans une zone de fonctionnement où il existe au moins une ligne de dérivation fermée, on établit une sur-synchronicité du débit de balayage sur toutes les lignes de dérivation non fermées appartenant à la zone considérée, la dite sur-synchronicité étant comprise entre 10 % et 100 % ;
2) s'il n'y a aucune ligne de dérivation fermée dans la zone considérée (autrement dit si toutes les lignes de dérivation de la zone sont ouvertes), alors on établit dans toutes les lignes de dérivation de la dite zone un débit correspondant à la synchronicité à plus ou moins 8% près, et de manière préférée à plus ou moins 5 % près, le débit de synchronicité étant défini par (Vi + Vi+1 + VL|/ι+1) / ST, expression dans laquelle :
Vj désigne le volume du système de distribution/extraction du plateau de départ Pj ; Vi+1 désigne le volume du système de distribution/extraction du plateau d'arrivée Pi+1 ; VLi/i+1 désigne le Volume de la ligne de dérivation entre P1 et P1+1 ; et ST désignant la période de permutation.
Selon la règle précédente, on comprend que le débit de balayage des lignes de dérivation dans une zone de fonctionnement donnée est essentiellement lié à la présence ou non d'au moins une ligne de dérivation fermée dans ladite zone.
Plus précisément, la sur-synchronicité S des lignes de dérivation non fermées d'une zone où il existe au moins une ligne de dérivation fermée est définie par le rapport du nombre de lignes de dérivation fermées (nf) dans la zone considérée sur le nombre total de lignes de dérivation de la zone (nt), c'est à dire sur le nombre de lits de la zone considérée. La sur-synchronicité S est définie en pourcentage par la formule suivante: S = a + b (nf/nt) dans laquelle : a est une constante comprise entre -5 et 5, b est une constante comprise entre 40 et 100 multipliée par le rapport entre le nombre de lignes de dérivation fermées (nf) sur le nombre de lignes total (nt) de dérivation de la zone considérée.
Une étude expérimentale approfondie a permi d'établir que le coefficient b peut être relié au nombre total de lits de l'unité (Nt) par la relation: b = (1320 / nombre total de lits de l'unité LMS) .
Plusieurs raisons peuvent conduire à la fermeture d'une ligne de dérivation dans une zone donnée. Notamment, lorsque l'on injecte un fluide (charge ou désorbant) dans un plateau P1, on utilise une ligne d'injection. Cette ligne est connectée à une ligne de dérivation connectée au dit plateau, c'est à dire soit la ligne de dérivation L^n, soit la ligne de dérivation L^+1. Quelleque soit la ligne de dérivation connectée à la ligne d'injection utilisée, il est alors nécessaire de fermer ladite ligne à l'aide d'une vanne tout ou rien, d'une vanne de réglage de débit ou d'un clapet anti-retour ou par tout autre moyen technique permettant d'annuler le débit pour s'assurer que le fluide injecté s'écoule bien vers le plateau Pj. De la même manière, lorsque l'on soutire un effluent (extrait ou raffinât) dans un plateau Pif on utilise une ligne de soutirage. Cette ligne de soutirage est connectée à une ligne de dérivation connectée au dit plateau, c'est à dire soit la ligne de dérivation L-,.w, soit la ligne de dérivation LiZ1+1.
Quelle que soit la ligne de dérivation connectée à la ligne de soutirage utilisée, il est alors nécessaire de fermer ladite ligne à l'aide d'une vanne tout ou rien, d'une vanne de réglage de débit ou d'un clapet anti-retour ou par tout autre moyen technique permettant d'annuler le débit pour s'assurer que le fluide est bien soutiré du plateau Pi.
La ligne de dérivation à fermer pour l'injection ou le soutirage dépend notamment de la position des lignes d'injection et de soutirage par rapport au dispositif de fermeture de ligne de dérivation.
La position d'un élément (plateau, lit, clapet, vanne,...) en aval d'un autre élément est définie par rapport à la direction de l'avancement des points de soutirage et d'introduction lors des séquences de permutations.
Par exemple, dans le cas où les lignes de soutirage d'effluents (raffinât ou extrait) sont situées en amont du dispositif de fermeture de la ligne de dérivation (on dira plus simplement "en amont de la vanne de ligne de dérivation") et où les lignes d'alimentation (de charge ou de désorbant) sont situées en aval de la vanne d'isolement,
• lorsque l'on injecte un fluide (charge ou désorbant) dans le plateau Pi, on utilise une ligne d'injection connectée à la ligne de dérivation LMΛ. Il est alors nécessaire de fermer la vanne d'isolement de la ligne de dérivation L^n pour s'assurer que le fluide injecté s'écoule bien vers le plateau P1,
• lorsque l'on soutire un effluent (extrait ou raffinât) dans le plateau Pj, on utilise une ligne de soutirage connectée à la ligne de dérivation Un+-\- Il est alors nécessaire de fermer la vanne d'isolement de la ligne de dérivation Lw+1 . La fermeture d'une ligne de dérivation pour chaque injection et chaque soutirage induit la fermeture d'au minimum 4 lignes de dérivation en permanence. D'autres lignes de dérivation peuvent également être fermées pour d'autres raisons.
Exemples :
L'invention sera mieux comprise à la lecture des exemples qui suivent.
Exemple 1
On considère une unité LMS constituée de 24 lits, de longueur 1 ,1 m et de rayon interne 3,5 m, avec une injection de charge, une injection de désorbant (pouvant aussi être nomé éluant ou solvant), un soutirage d'extrait et un soutirage de raffinât. Les plateaux sont à deux chambres de mélange, l'une étant une boîte d'injection (charge et désorbant), l'autre étant une boîte de soutirage (extrait et raffinât). Le volume total (V; + Vi+1 + Vl_i/[+1), où VL1ZJ+1 est le volume de la ligne de dérivation du plateau Pi au plateau Pi+1 et où Vj est le volume du système de distribution/extraction du plateau Pj, représente 3 % du volume du lit compris entre le plateau Pi et le plateau Pi+1. Les lignes de soutirage d'effluents (raffinât ou extrait) sont situées en amont de la vanne d'isolement de la ligne de dérivation (on dira plus simplement "en amont de la vanne de ligne de dérivation").
Les lignes d'alimentation (de charge ou de désorbant) sont situées en aval de la vanne d'isolement (figure 1).
Lorsque l'on injecte un fluide (charge ou désorbant) dans le plateau P1, on utilise une ligne d'injection connectée à la ligne de dérivation Lj-1/]. Il est alors nécessaire de fermer la vanne d'isolement de la ligne de dérivation U--\n pour s'assurer que le fluide injecté s'écoule bien vers le plateau P1.
Lorsque l'on soutire un effluent (extrait ou raffinât) dans le plateau P:, on utilise une ligne de soutirage connectée à la ligne de dérivation L^+1. Il est alors nécessaire de fermer la vanne d'isolement de la ligne de dérivation Lw+i (figure 2).
Il en résulte que l'utilisation de ce type de ligne de dérivation conduit à :
- fermer deux lignes de dérivation en zone 2 (soutirage de l'extrait par une ligne connectée à la ligne de dérivation du premier lit de la zone et injection de la charge par une ligne connectée à la ligne de dérivation du dernier lit de la zone), - fermer deux lignes de dérivation en zone 4 (soutirage du raffinât par une ligne connectée à la ligne de dérivation du premier lit de la zone et injection du désorbant par une ligne connectée à la ligne de dérivation du dernier lit de la zone).
Les lits sont répartis selon la configuration 5 / 9 / 7 / 3 c'est à dire que la répartition des lits est la suivante :
5 lits en zone 1 , 9 lits en zone 2 , 7 lits en zone 3 , - 3 lits en zone 4.
L'adsorbant employé est une zéolithe de type BaX, et l'éluant est du paradiéthylbenzène. La température est de 175°C, et la pression de 15 bars. La charge est composée de 20 % de paraxylène, de 24 % d'orthoxylène, de 51 % de métaxylène et de 5% d'éthylbenzène. La période de permutation employée est de 70,8 secondes.
Les débits liquide d'injection de charge et de désorbant sont les suivants : 6,81 m3.min~1 pour la charge; 7,48 m3. min"1 pour le désorbant ; soit un taux de solvant S/F=1 ,1.
Lorsque l'on règle la synchronicité selon l'art antérieur à 100 % pour toutes les lignes de dérivation ouvertes, on obtient par simulation une pureté de paraxylène de 99,76 % et un rendement en paraxylène de 95,80 %.
La variation des performances du LMS, mesurée en terme de rendement en PX à débit de désorbant, débit de charge, pureté du paraxylène produit et période de permutation fixés, en fonction de la synchronicité de toutes les lignes de dérivation non fermées d'une zone est calculée pour chacune des zones, en conservant une synchronicité de 100 % pour l'ensemble des lignes de dérivation non fermées des autres zones.
Cette variation des performances du LMS est illustrée figure 3 pour chacune des différentes zones. Le rendement en PX est le rapport entre la quantité de PX soutirée dans l'extrait et la quantité de PX injectée.
La zone 1 est représenté par la courbe en losange.
La zone 2 est représentée par la courbe en carré.
La zone 3 est représentée par la courbe en triangle.
La zone 4 est représentée par la courbe en cercle.
Les rendements à la synchronicité optimale obtenus pour chaque zone à iso-pureté, débit de charge, période de permutation et taux de solvant sont donnés dans le tableau ci-dessous.
Figure imgf000016_0001
Après la recherche de l'optimum zone par zone, on impose simultanément les quatre valeurs optimales de synchronicité, soit 102 % en zone 1 , 110 % en zone 2, 105 % en zone 3 et 140 % en zone 4.
On obtient à iso-pureté, débit de charge, période de permutation et taux de solvant, un rendement de 96,12 %, supérieur aux rendements obtenus en ne réglant la synchronicité que d'une seule zone.
Il apparaît clairement que l'utilisation d'une synchronicité différentiée suivant les zones conduit à un rendement nettement amélioré par rapport à l'art antérieur. La sur-synchronicité optimale pour l'ensemble des zones peut être définie par l'équation suivante :
S = a + b (nf/nt) avec a = 2,1 et b = 1320 / 24 = 55.
Exemple 2 On considère maintenant une unité LMS constituée de 15 lits de longueur 1 ,1 m et de rayon interne 3,5 m, avec une injection de charge, une injection de désorbant (appelé aussi éluant ou solvant), un soutirage d'extrait et un soutirage de raffinât.
Les plateaux sont à deux chambres de mélange, l'une étant une boîte d'injection (charge et désorbant), l'autre étant une boîte de soutirage (extrait et raffinât). Le volume total (V, + Vi+i + VL1Zi+1), où VLi/i+1 est le volume de la ligne de dérivation du plateau
Pi au plateau P1+1 et où V1 est le volume du système de distribution/extraction du plateau P1, représente 3 % du volume du lit compris entre le plateau P1 et le plateau P1+1.
Les points de soutirage d'effluents (extrait et raffinât) sont maintenant situés en aval de la vanne d'isolement de la ligne de dérivation, et les points d'injection (de charge ou de désorbant) sont situés en amont de la vanne d'isolement (figure 4).
Lorsque l'on injecte un fluide (charge ou désorbant) dans le plateau P1, on utilise une ligne d'injection connectée à la ligne de dérivation
Figure imgf000017_0001
Il est alors nécessaire de fermer la vanne d'isolement de la ligne de dérivation L1Z1+1 pour s'assurer que le fluide injecté s'écoule bien vers le plateau P1. Lorsque l'on soutire un effluent (extrait ou raffinât) dans le plateau P1, on utilise une ligne de soutirage connectée à la ligne de dérivation L1-1/!. Il est alors nécessaire de fermer la vanne d'isolement de la ligne de dérivation L1-1Z1 (figure 5).
Il en résulte que l'utilisation de ce type de ligne de dérivation conduit à : - fermer deux lignes de dérivation en zone 1 (injection du désorbant par une ligne connectée à la ligne de dérivation du premier lit de la zone et soutirage de l'extrait par une ligne connectée à la ligne de dérivation du dernier lit de la zone),
- fermer deux lignes de dérivation en zone 3 (injection de la charge par une ligne connectée à la ligne de dérivation du premier lit de la zone et soutirage du raffinât par une ligne connectée à la ligne de dérivation du dernier lit de la zone).
Les lits sont répartis selon la configuration 3 / 6 / 4 / 2 c'est à dire que la répartition des lits est la suivante : - 3 lits en zone 1 ,
6 lits en zone 2 , 4 lits en zone 3 , 2 lits en zone 4.
L'adsorbant employé est une zéolithe de type BaX, et l'éluant est du paradiéthylbenzène.
La température est de 1750C, et la pression de 15 bars.
La charge est composée de 20% de paraxylène, de 24% d'orthoxylène, de 51% de métaxylène et de 5% d'éthylbenzène. La période de permutation employée est de 113,28 secondes.
Les débits liquide d'injection de charge et de désorbant sont les suivants : 4,25 m3. min"1 pour la charge; 4,68 m3.min'1 pour le désorbant ; soit un taux de solvant S/F=1 ,1. Lorsque l'on règle la synchronicité selon l'art antérieur à 100 % pour toutes les lignes de dérivation, on obtient par simulation une pureté de paraxylène de 99,76 % et un rendement en paraxylène de 91 ,46 %.
La variation des performances du LMS, mesurée en terme de rendement en PX à débit de désorbant, débit de charge, pureté du paraxylène produit et période de permutation fixés, en fonction de la synchronicité de toutes les lignes de dérivation non fermées d'une zone est calculée pour chacune des zones, en conservant une synchronicité de 100 % pour l'ensemble des lignes de dérivation non fermées des autres zones.
Cette variation des performances du LMS est illustrée figure 6 pour chacune des différentes zones. La zone 1 est représentée par la courbe en losange. La zone 2 est représentée par la courbe en carré.
La zone 3 est représentée par la courbe en triangle.
La zone 4 est représentée par la courbe en cercle.
Le rendement en PX est le rapport entre la quantité de PX soutirée dans l'extrait et la quantité de PX injectée.
Les rendements à la synchronicité optimale obtenus pour chaque zone à iso-pureté, débit de charge, période de permutation et taux de solvant sont donnés dans le tableau ci-dessous.
Figure imgf000019_0001
Après la recherche de l'optimum zone par zone, on impose simultanément les quatre valeurs optimales de synchronicité, soit 170 % en zone 1 , 105 % en zone 2, 133 % en zone 3 et 100 % en zone 4.
On obtient à iso-pureté, débit de charge, période de permutation et taux de solvant, un rendement de 92,34 %, supérieur aux rendements obtenus en ne réglant la synchronicité que d'une seule zone.
Il apparaît clairement que l'utilisation d'une synchronicité différentiée suivant les zones conduit à un rendement nettement amélioré par rapport à l'art antérieur. La sur-synchronicité optimale pour l'ensemble des zones peut être définie par l'équation suivante :
S = a + b (nf/nt) avec a = 0,9 et b = 1320 / 15 = 88.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de séparation en lit mobile simulé (LMS) d'une charge F dans un dispositif LMS possédant au moins une colonne, ladite colonne étant composée d'une pluralité de lits d'adsorbants séparés par des plateaux Pj comprenant chacun un système de distribution/extraction, procédé dans lequel on alimente la charge F et un désorbant D, et l'on soutire au moins un extrait E, et au moins un raffinât R1 les points d'alimentation et de soutirage étant décalés au cours du temps d'une valeur correspondant à un lit d'adsorbant avec une période de permutation ST, et déterminant une pluralité de zones de fonctionnement du LMS, et notamment les 4 zones principales suivantes :
- une zone 1 de désorption des composés produits à l'extrait, comprise entre l'alimentation du désorbant D et le soutirage de l'extrait E ;
- une zone 2 de désorption des composés produits au raffinât, comprise entre le soutirage de l'extrait E et l'alimentation de la charge F ; - une zone 3 pour l'adsorption des composés produits à l'extrait, comprise entre l'alimentation de la charge et le soutirage du raffinât R ;
- une zone 4 située entre le soutirage du raffinât R et l'alimentation du désorbant D, le dispositif comprenant en outre des lignes de dérivation externes L^+1 joignant directement deux plateaux successifs Pj , Pi+i, permettant le balayage desdits plateaux, dans lequel chacune des lignes de dérivation Li/i+1 comprend des moyens automatisés de régulation du débit de balayage, le degré d'ouverture desdits moyens de régulation étant défini par les deux règles suivantes :
1 ) dans une zone de fonctionnement où existe au moins une ligne de dérivation fermée, on établit une sur-synchronicité du débit de balayage sur toutes les lignes de dérivation non fermées appartenant à la zone considérée, la dite sur-synchronicité étant définie en pourcentage par la formule suivante :
S =a +b (nf/nt) dans laquelle la constante a est une constante comprise entre -5 et 5, et b est une constante comprise entre 40 et 100, qui est multipliée au rapport du nombre de ligne de dérivation fermés (nf) sur le nombre de lignes de dérivation total (nt) de la zone considérée,
2) s'il n'y a aucune ligne de dérivation fermée dans la zone considérée (autrement dit si toutes les lignes de dérivation de la zone sont ouvertes), alors on établit dans toutes les lignes de balayage de ladite zone un débit correspondant à la synchronicité à plus ou moins 8 % près, le débit de synchronicité étant défini par (V1 + Vi+1 + VLi/i+1) / ST1 expression dans laquelle V1 désigne le volume du système de distribution/extraction du plateau de départ Pi ;
Vi+1 désigne le volume du système de distribution/extraction du plateau d'arrivée Pi+1 ;
VL1Zi+1 désigne le volume de la ligne de dérivation entre Pj et P1+1 ; et ST désignant la période de permutation et, la sursynchronicité étant définie par la formule: sursynchronicité (en %) = 100 *[ (débit réel dans la ligne de dérivation considérée / débit de synchronicité) - 1 ]
2. Méthode de réglage des débits de balayage par zone de fonctionnement dans un procédé en lit mobile simulé selon la revendication 1 , dans lequel les coefficients a et b permettant de déterminer la sur-synchronicité S à appliquer aux débits de balayage sur les lignes de dérivation sont données par les formules: a compris entre -5 et +5 b= (1320 / nombre total de lits de l'unité LMS) .
3. Application du procédé de séparation en lit mobile simulé selon la revendication 1 à la séparation du paraxylène au sein d'un mélange d'hydrocarbures aromatiques en C8.
4. Application du procédé de séparation en lit mobile simulé selon la revendication 1 à la séparation du métaxylène au sein d'un mélange d'hydrocarbures aromatiques en C8.
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