WO2015165763A1 - Procede de production d'essence comprenant une etape d'isomerisation suivie d'au moins deux etapes de separation - Google Patents

Procede de production d'essence comprenant une etape d'isomerisation suivie d'au moins deux etapes de separation Download PDF

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WO2015165763A1
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isomerization
stream
separation
isopentanizer
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Jérôme PIGOURIER
Isabelle Prevost
Laurent Watripont
Pierre-Yves Martin
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Axens
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    • C10L2290/543—Distillation, fractionation or rectification for separating fractions, components or impurities during preparation or upgrading of a fuel

Definitions

  • the invention relates to the field of producing high octane gasoline.
  • Naphthas from the atmospheric distillation of petroleum usually consist mainly of hydrocarbons comprising 5 to 10 carbon atoms (C5-C10 cuts). These naphthas are generally fractionated into a light naphtha cut (C5-C6 cut) and a heavy naphtha cut (C7-C10). Heavy naphtha cutting is usually sent in a catalytic reforming process.
  • the light naphtha fraction which essentially comprises hydrocarbons having 5 or 6 carbon atoms (C5 and C6) but may in addition comprise hydrocarbons having 4 or 7 or even 8 carbon atoms (C4, C7, C8), is generally isomerized in order to increase the proportion of branched hydrocarbons which have a higher octane number than linear hydrocarbons.
  • the isomerate and the reformate obtained are then sent to the gasoline pool with other bases or additives (catalytic cracking gasoline, alkylates, etc.).
  • catalytic cracking gasoline, alkylates, etc. are then sent to the gasoline pool with other bases or additives.
  • other bases or additives catalytic cracking gasoline, alkylates, etc.
  • Patent FR 2,828,205 describes a process for isomerizing a C5-C8 cut in which said cut is fractionated into a C5-C6 cut and a C7-C8 cut which are each isomerized separately in specific conditions for each cut.
  • U.S. Patent 2,905,619 discloses an isomerization process in which the C5-C6 cut from a gasoline cut is separated into different fractions which are isomerized in two isomerization sections operated under specific conditions.
  • GB Patent 1,056,517 describes a process for the isomerization of a C5-C6 cut comprising a deisopentanizer (DiP), isomerization of the isopentane depleted cut (ISOM), a separation of the isomerized effluent to recover n-pentane (DP) which is recycled with the feedstock at the inlet of the deisopentanizer and a separation of the branched C6 hydrocarbons (deisohexanizer, DiH) for recovering branched high octane C 6 hydrocarbons, the balance being recycled to the reactor of isomerization.
  • DiP / ISOM / DP / DiH corresponds to Figure 1 (according to the prior art) of this application.
  • FIG. 1 represents a diagram of the process according to the closest prior art. This diagram shows the de-isopentanizer column [3], the isomerization reaction section [1], the stabilization column [2], the de-pentanizer column [4] and the de-isohexanizer column [5]. ].
  • FIG. 2 represents the method according to the invention in which the block denoted (3 + 4) represents the first separation step, and the block [5] the second separation step.
  • FIG. 3 represents a first variant of the method according to the invention in which the columns [3] and [4] are connected in series.
  • FIG. 4 represents a second variant of the method according to the invention in which the columns [3] and [4] are grouped together in a single column [3] allowing fractionation into 3 sections.
  • FIG. 5 represents a third variant of the method according to the invention in which the columns [3] and [4] are in the reverse order, that is to say that it is the top flow of the column [4] which feeds the column [3].
  • FIG. 6 represents an example of thermal integration between the condenser of a first column and the reboiler of another column.
  • Equipment is marked with numbers in square brackets and flows by numbers in parentheses.
  • the numbers of the conduits conveying the flows are the same as those of the flows conveyed.
  • the invention relates to the field of producing high octane gasoline.
  • the naphthas resulting from the atmospheric distillation of petroleum usually consist mainly of hydrocarbons comprising from 5 to 10 carbon atoms (C5-C10 cut).
  • the process according to the present invention processes a filler of the light naphtha type and preferentially a C5 and C6 cut (hydrocarbon cut comprising 5 or 6 carbon atoms), and aims at maximizing the branched molecules relative to the linear (or normal) molecules.
  • these fillers may optionally comprise other hydrocarbons, for example hydrocarbons comprising 4 or 7 or even 8 carbon atoms (C4, C7 and C8 cuts).
  • the process according to the invention is more particularly applicable to fillers whose iso pentane content is less than 25% and preferably less than 20%.
  • the process according to the invention comprises an isomerization section [1], a stabilization of the isomerized effluent [2] (denoted STAB), a separation of iso-pentane (denoted DiP), a separation of n-pentane (denoted by DP), (represented by the 3 + 4 block) and a separation of the remaining products, in particular C6 branched compounds (denoted DiH) (represented by block 5), according to the sequence ISOM / STAB / DiP / DP / IHL.
  • the separation of iso-pentane and n-pentane can also be carried out in the same column allowing a fractionation in 3 sections according to the ISOM / STAB / DiP / DiH sequence according to FIG.
  • the process according to the invention is thus distinguished from the process according to the prior art (FIG.
  • said separations are all located downstream of the isomerization section [1], and more precisely downstream of the stabilization column [2], unlike the methods of the prior art which do not have only one column of DiH (de-isohexanizer), or 3 fractionation columns, but with the DiP (de-isopentanizer) column located upstream of the isomerization section according to the diagram of FIG.
  • the present invention can be described as a process for the isomerization of a light naphtha, or preferentially of a C5-C6 essentially, said process comprising two distillation separation stages located downstream of the isomerization step: - a first distillation separation step (3 + 4 block) to separate the 5-carbon hydrocarbons from the heavier compounds sent to the second separation section [5].
  • This first separation step consists in producing the following 3 cuts: a) an iso-pentane enriched cut (15) which is a product of the process, b) an enriched n-pentane cut (16) which is recycled to the section reaction [1], and c) a heavier hydrocarbons enriched fraction than pentanes (17) which is directed to a second separation step [5],
  • a second separation step [5] consisting of a separation column whose top and bottom products are products of the unit, namely a head stream (19) rich in branched C 6 compounds, a flow of bottom (18), and an intermediate cut (20) enriched in n-hexane, taken off at the side and recycled to the reaction section [1].
  • the first separation step comprises two columns (3 and 4) arranged in series, that is to say that the bottom flow of the isopentanizer [3] feeds the de-pentanizer [4] as shown in figure 3.
  • the de-isopentanizer and the depentanizer are combined into a single column allowing fractionation into 3 streams (denoted [3] in FIG. 4).
  • the isopentane stream (15) exits at the top of the column [3], and the heavier hydrocarbon stream than the pentanes (17) leaves at the bottom of said column to feed the second fractionation step [5].
  • Intermediate withdrawal (stream 16) is recycled to the isomerization unit [1].
  • the first separation step comprises the two columns [4] and [3] arranged in series in this order.
  • the flow (12) coming from the bottom of the stabilization column [2] feeds the de-pentanizer [4] from which the flow (21) which supplies the de-isopentanizer [3] .
  • the bottom flow (17) of the depentanizer [4] fed the de-isohexanizer [5].
  • the de-isopentanizer [3] produces the isopentane-rich stream (15) at the top and the normal pentane-rich stream (16), which is recycled to the isomerization [1].
  • the charge (10) is generally constituted by a light naphtha, preferably a C5-C6 cut, which may optionally contain heavier hydrocarbons.
  • This feedstock is sent to a catalytic isomerization section [1], and the effluent (11) is fractionated in a fractionation section comprising the following steps:
  • a stabilization [2] of the isomerized effluent which consists in separating at the top the lighter compounds than the pentanes (stream 13), and in bottom a stabilized effluent (12) - a first step of separation by distillation (block 3 + 4) to separate the hydrocarbons with 5 carbon atoms of the heavier compounds sent to the second separation section [5].
  • This first separation step consists in producing the following 3 cuts: a) an iso-pentane enriched cut (15) which is a first product of the process, b) an enriched n-pentane cut (16) which is recycled to the reaction section [1], and c) a heavier hydrocarbons enriched fraction than pentanes (17) which is directed to a second separation step [5],
  • a second separation step [5] consisting of a separation column whose top and bottom products are the products of the unit, namely a head stream (19) rich in branched C6 compounds, a stream of bottom (18), and an intermediate cut (20) enriched in n-hexane, taken off at the side and recycled to the reaction section [1].
  • the iso-pentane-enriched cut (15) from the first separation step and the head (19) and bottom (18) streams from the second separation step may optionally be subsequently mixed to provide the product or products. of the process. Description of Figure 1 according to the prior art:
  • FIG. 1 shows the prior art scheme which may be considered as closest to the present invention.
  • the charge (10) is fed into a de-isopentanizer [3] which makes it possible to leave an isopentane stream (15) at the head.
  • the bottom flow (14) of the de-isopentanizer [3] is sent to the isomerization reaction section [1] via line 14.
  • the operating conditions of the reaction section [1] are chosen so as to promote the conversion of n-paraffins of low octane number (li-pentane, n-hexane) to iso-paraffins of higher octane numbers. (Isopentane, 2,2-dimethylbutane, 2,3-dimethylbutane, 2-methylpentane, 3-methylpentane).
  • the isomerization reaction section [1] is generally operated in the presence of an acid catalyst.
  • the effluent of the isomerization section [1] once stabilized by separation of the light compounds (13) in the stabilization column [2], is directed via line (12) to a de-pentanizer [4].
  • the head flow (16) of the de-pentanizer [4] is recycled to the column [3] of the de-isopentanizer.
  • the stream (16) can be recycled to the de-isopentanizer [3], either by introducing it alone directly into the de-isopentanizer [3] (according to FIG. 1), or mixed with the load 10 (not shown) .
  • the stream (16) also contains isopentane formed in the isomerization section which is separated in the de-isopentanizer [3].
  • the products (18) and (19) are respectively from the bottom and the head of the de-isohexanizer [5] which is fed by the bottom stream (17) from the de-pentanizer [4]. Isopentane is substantially absent from these two streams, being essentially present in stream 15.
  • FIG. 1 has the disadvantage of mixing a recycled isopentane enriched fluid via the pipe (16) with the charge (10) resulting from the pipe 10, either before it is admitted into the de-isopentanizer [3] or as shown in FIG. 1, inside said de-isopentanizer [3].
  • the method according to the invention comprises:
  • This first separation step consists, by the use of one or two fractionation columns, in producing the following 3 sections: an iso-pentane enriched cut which is a product of the process (15),
  • a second separation step [5] which can preferably be carried out by means of a de-isohexanizer consisting of a separation column whose top product (19) is rich in branched C6 compounds, and an intermediate cut ( 20), enriched in n-hexane, taken off at the side, is recycled to the reaction section [1].
  • the iso-pentane enriched stream (14), bottom product (18) and overhead product (19) can be blended to form the product (s) of the process.
  • the isomerization reaction is preferably carried out on a high-activity catalyst, such as for example a chlorinated alumina and platinum catalyst, operating at low temperature, for example between 100 and 300 ° C., preferably between 110 and 300 ° C.
  • Suitable known catalysts preferably comprise an alumina support and / or high purity preferably containing 2 to 10% by weight of chlorine, 0.1 to 0.40% by weight of platinum, and possibly other metals. These catalysts can be used with a space velocity of 0.5 to 10 h -1 , preferably 1 to 4 h -1 .
  • the isomerization catalysts of the process according to the invention may be preferentially included in the group consisting of:
  • a mineral support typically an oxide (for example an oxide of aluminum or silicon or their mixture), and containing at least one halogen and a Group VIII metal.
  • the catalysts that are preferentially usable consist of a carrier of high purity alumina preferably containing 2 to 10% by weight of chlorine, 0.1 to 0.40% by weight of
  • the feed is sent to the isomerization section [1] via line 10.
  • the conditions of the isomerization section [1] are chosen so as to promote the conversion of low octane n-paraffins (n-pentane, n-hexane) to iso-paraffins of higher octane numbers. high (isopentane, 2,2-dimethylbutane, 2,3-dimethylbutane, 2-methylpentane, 3-methylpentane).
  • the de-isopentanizer fractionation conditions [3] are preferably such that the isopentane recovery rate at the top (isopentane flow at the top of the de-isopentanizer divided by the isopentane flow rate in the de-isopentanizer feedstock). ) is typically greater than 70%.
  • the n-pentane content in the top product (15) is then typically less than 15% by weight, preferably less than 10% by weight.
  • the bottom of the de-isopentanizer [3] is directed via line (14) to a de-pentanizer [4] so as to recover at its head (stream 16) a fluid enriched in n-pentane and containing little isopentane, which is recycled to the isomerization reaction section [1] via line (16).
  • a stream (17) containing mainly hydrocarbons with 6 or more carbon atoms (C6 + cut) is fed into the bottom via line (17) and feeds the de-isohexanizer [5].
  • the de-isohexanizer [5] consists of a separation column whose top product (19) is rich in branched C 6 compounds, and an intermediate cut (20) enriched in n-hexane, taken off at the side withdrawal, is recycled. to the reaction section [1].
  • the iso-pentane enriched stream (14), the de-isohexanizer bottoms product [5], and the de-isohexanizer overhead product (19) can be blended to form the process product (s).
  • the sizing of the fractionation column [4] and the fractionation conditions are preferably such that the overall recovery rate of n-pentane (flow rate of n-pentane at the top of the condenser [4] divided by the flow rate of n -pentane at the outlet of the isomerization reaction section [1] is typically greater than 80%
  • the content of hydrocarbons with 6 or more carbon atoms at the top of the de-pentanizer [4] is typically less than 15%, preferably less than 10% by weight.
  • this first variant reduces the energy consumption of the process since the isopentane produced in the isomerization reactor [1] is vaporized only once before to be exported, and the de-isopentanizer [3] splits a C5-enriched C5 cut, which facilitates said separation.
  • the de-pentanizer [4] and the de-isopentanizer [3] are replaced by a single column [3] which is a de-isopentanizer with 3 cuts to separate the n-pentane.
  • the head product (15) is a fluid enriched in isopentane
  • the intermediate stream (16) withdrawn laterally, via line (16), is a fluid enriched in n-pentane
  • the bottom product (17) is a fluid depleted in iso and n-pentane containing essentially hydrocarbons for more of 6 carbon atoms.
  • This bottom flow (17) feeds the de-isohexanizer [5].
  • the second separation step in the de-isohexanizer is performed identically to the first variant of the invention.
  • the effluent of the isomerization reaction section [1], once stabilized by separation of the light compounds in the stabilization column [2], is directed via the pipe (12) to the de-pentanizer [4] so as to recover at the head, via the pipe (21), a C5 cut C6 depleted, and bottom via the pipe (17), a fluid containing mainly hydrocarbons with 6 or more carbon atoms, which feeds the de-isohexanizer [5].
  • the second separation step in the de-isohexanizer is performed identically to the first variant of the invention.
  • the cut C5 feeds, through the pipe (21), the de-isopentanizer [3] which allows to withdraw at the top of column iso-pentane (15), and bottom n-pentane (16) which is recycled to the reaction section [1].
  • the invention has other variants according to various thermal integrations.
  • the principle of these thermal integrations consists in choosing the operating pressure of a first column so that the condensing temperature at the top of this column is greater than the reboiling temperature of one or more other columns of the process.
  • first column and “other column” are generic since it is the choice of the column having the highest condenser temperature that defines it as the first column.
  • FIG. 6 shows an example of a mode of thermal integration between the de-pentanizer [4], considered as the first column and the de-isopentanizer [3] considered as the other column, according to the first variant (represented by FIG. FIG. 3) of the process according to the invention.
  • FIG. 6 thus shows a heat exchange between the condenser of the column [4] (depentanizer) and the reboiler of the other column [3] (de-isopentanizer).
  • any other column coupling could be envisaged, for example an integration between the de-isohexanizer condenser [5] and the depentanizer reboiler [4] or between the de-isohexanizer condenser [5] and the reboiler of the de-isohexanizer [5]. isopentanizer [3] or between the condenser of the deisohexanizer [5] and the two reboilers depentanizer [4] and de-isopentanizer [3].
  • One of these columns may also include an intermediate withdrawal (fractionation column in 3 sections).
  • the invention relates to a process for the isomerization of a light naphtha.
  • This process comprises an isomerization reaction step [1], followed by a stabilization step [2] of the reaction effluents, and two separation steps by distillation of the bottom stream from the stabilization stage [2]:
  • a first step of separation by distillation (block 3 + 4) making it possible to separate the hydrocarbons with 5 carbon atoms from the heavier compounds sent to the second separation section [5], said first separation step producing the 3 slices the following: a) an iso-pentane enriched cut (15) which is a product of the process, b) an enriched n-pentane cut (16) which is recycled to the reaction section [1], and c) an enriched cut in hydrocarbons heavier than pentanes (17) which is directed to a second separation step [5], 2 - a second separation step [5] consisting of a separation column of which the top and bottom products are the products of the unit, namely a head stream (19) rich in branched C6 compounds, a bottom stream (18), and an intermediate cut (20) enriched in n-hexane, taken off at the side rack which is recycled to the reaction section [1].
  • the first separation step comprises two columns, a de-isopentanizer [3] and a de-pentanizer [4] arranged in series, that is to say say that the bottom stream (14) of the de-isopentanizer [3] feeds the de-pentanizer [4], the isopentane stream (15) comes out of the column [3], a stream enriched with heavier hydrocarbons the pentanes (17) exit at the bottom of the column [4] and supply the de-isohexanizer [5], and the top stream (16) of the column [4] is recycled to the isomerization unit [1] ].
  • the first separation step comprises only one column [3], in which the flow of isopentane (15) leaves at the top of the column [3] , the stream enriched in heavier hydrocarbons than the pentanes (17) leaving at the bottom of said column [3] feeds the de-isohexanizer column [5], and the intermediate withdrawal (stream 16) is recycled to the unit of isomerization [1].
  • the first separation step comprises the two columns [4] and [3] arranged in series in this order, in which the flow (12) coming from the column of stabilization [2] feeds the de-pentanizer [4] whose flow (21) which feeds the de-isopentanizer [3], and in which the bottom stream: enriched in hydrocarbons heavier than pentanes (17 ) of the de-pentanizer [4] feeds the de-isohexanizer [5], the de-isopentanizer [3] producing the isopentane-rich stream (15) at its head, and the flow (16), rich in normal pentane, in the background , which is recycled to the isomerization unit [1].
  • a heat exchange is carried out between the condenser of one of the columns [3], [4] or [5] and the reboiler of one of the columns [3], [4] or [5].
  • the heat exchange is carried out between the de-isohexanizer condenser [5] and either the de-pentanizer reboiler [4] or the de-isopentanizer reboiler [3], either both.
  • the heat exchange is carried out between the de-pentanizer condenser [4] and the re-isopentanizer reboiler [3].
  • the reaction section consists of 2 isomerization reactors operating in series.
  • the inlet temperature of the two reactors is 120 ° C.
  • the inlet pressure of reactor 1 is 35 bar absolute.
  • the inlet pressure of the second reactor is 33 bar absolute.
  • the catalyst used consists of an alumina support containing 7% by weight of chlorine, and 0.23% by weight of platinum and optionally other metals.
  • the space velocity is 2.2h -1 .
  • the hydrogen to hydrocarbon molar ratio is 0.1 / 1.
  • the operating pressures of the columns are chosen so that the head temperature is compatible with the cooling means usually available (cooling water or air at room temperature).
  • the pentane recycle rate is defined as the flow rate of the recycled n-pentane enriched fluid to the isomerization reaction section divided by the fresh feed rate.
  • the hexane recycle rate is defined as the flow rate of the recycled n-hexane enriched fluid to the isomerization reaction section divided by the fresh feed rate.
  • the recycling rates of the pentanes and of the hexanes are chosen so as to obtain a flow rate. constant at the isomerization reaction section [1], which corresponds to the same amount of catalyst for a given space velocity in the isomerization reactor [1].
  • the products (or outputs) of the processes are defined as the mixture of the top products (19) and bottom (18) of the de-isohexanizer [5], and the top product (15) of the de-isopentanizer [3] enriched in isopentane.
  • the compositions of the products obtained are summarized in Tables 2 to 4 which follow:
  • the feeding and racking trays are identified by their order number, all trays being numbered from 1 from top to bottom.
  • FIG. 3 The diagram with a de-isopentanizer and de-pentanizer according to the invention (FIG. 3) compared with the prior art with these same columns (FIG. 1) has a lower column size and needs for hot utilities. This necessarily leads to lower investment and operating costs. In addition, the octane number obtained is better.
  • Table 6 below presents the results of a thermal integration between the de-isohexanizer [5] and the de-isopentanizer [3] and de-pentanizer [4] according to the invention.
  • the de-isohexanizer [5] is operated at a pressure of 8 bar absolute, the condensation temperature of the column head is then 127 ° C.
  • a heat exchange is then possible between this column head and the de-pentanizer reboiler [4] operated at 87 ° C and the de-isopentanizer reboiler [3] operated at 109 ° C.
  • Example 1 The operating conditions of the reaction section [1] are unchanged with respect to Example 1.
  • the flow diagram is that of FIG. 3 supplemented by the thermal integration detailed in FIG. 6.
  • the de-pentanizer [4] is operated at a pressure of 11 bar absolute, the condensation temperature of the column head is then 123 ° C. A heat exchange is then possible between this column head and the de-isopentanizer reboiler [3] operated at 109 ° C.
  • Table 7 details the results obtained.

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Abstract

La présente invention décrit un procédé de production d'essence à haut indice d'octane par isomérisation d'une coupe naphta léger comportant deux étapes de séparation situées en aval de l'étape réactionnelle qui permettent d'améliorer l'efficacité énergétique dudit procédé.

Description

PROCEDE DE PRODUCTION D'ESSENCE COMPRENANT UNE ETAPE D'ISOMERISATION SUIVIE D'AU MOINS DEUX ETAPES DE SEPARATION
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne le domaine de la production d'essence à haut indice d'octane. Les naphtas issus de la distillation atmosphérique du pétrole sont habituellement principalement constitués d'hydrocarbures comprenant de 5 à 10 atomes de carbone (coupes C5-C10). Ces naphtas sont généralement fractionnés en une coupe naphta léger (coupe C5-C6) et une coupe naphta lourd (C7-C10). La coupe naphta lourd est habituellement envoyée dans un procédé de reformage catalytique. La coupe naphta léger qui comprend essentiellement des hydrocarbures à 5 ou 6 atomes de carbones (C5 et C6) mais peut comprendre en sus des hydrocarbures à 4 ou 7 voire 8 atomes de carbones (C4,C7,C8) est généralement isomérisée afin d'augmenter la proportion d'hydrocarbures ramifiés qui présentent un indice d'octane plus élevé que les hydrocarbures linéaires.
L'isomérat et le reformat obtenus sont ensuite envoyés au pool essence avec d'autres bases ou additifs (essence de craquage catalytique, alkylats, etc.). Compte tenu de la diminution progressive de la teneur maximale en composés aromatiques autorisée dans les essences (inférieur à 35% volume dans la spécification euro 5 par exemple), et des teneurs en aromatiques importantes des essences de reformage catalytique, les isomérats qui ne contiennent pas de composés aromatiques, prennent une importance croissante dans le pool essence.
Il est donc important de disposer de procédés d'isomérisation performants, tant en terme de rendement que d'indice d'octane. Ces procédés doivent également être économiquement intéressants en termes de niveau d'investissement et de coûts opératoire. Il est donc important d'optimiser le fonctionnement tant de la section réactionnelle d'isomérisation que des sections de fractionnement de la charge ou de l'effluent.
EXAMEN DE L'ART ANTERIEUR Le brevet FR 2 828 205 décrit un procédé d'isomérisation d'une coupe C5-C8 dans lequel ladite coupe est fractionnée en une coupe C5-C6 et une coupe C7-C8 qui sont chacune isomérisées séparément dans des conditions spécifiques à chaque coupe. Le brevet US 2,905,619 décrit un procédé d'isomérisation dans lequel la coupe C5-C6 issue d'une coupe essence est séparée en différentes fractions qui sont isomérisées dans deux sections d'isomérisation opérées dans des conditions spécifiques.
Le brevet US 7,223,898 décrit un procédé d'isomérisation ne comprenant dans leur section de fractionnement qu'une stabilisation ou stripage et un déisohéxaniseur produisant 2 à 4 coupes différentes, Ces schémas de procédés ne comprennent pas de déisopentaninseur (DiP) et/ou dépentaniseur (DP). Le brevets GB 1,056,517 décrit un procédé d'isomérisation d'une coupe C5-C6 comprenant un déisopentaniseur (DiP), une isomérisation de la coupe appauvrie en isopentane (ISOM), une séparation de l'effluent isomérisé permettant de récupérer le n-pentane (DP) qui est recyclé avec la charge à l'entrée du déisopentaniseur et une séparation des hydrocarbures en C6 ramifiés (déisohéxaniseur, DiH) permettant de récupérer des hydrocarbures en C6 ramifiés à haut indice d'octane, le complément étant recyclé au réacteur d'isomérisation. Ce schéma DiP/ISOM/DP/DiH correspond à la figure 1 (selon l'art antérieur) de cette demande.
DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES La figure 1 représente un schéma du procédé selon l'art antérieur le plus proche. Ce schéma fait apparaître la colonne du dé-isopentaniseur [3], la section réactionnelle d'isomérisation [1], la colonne de stabilisation [2], la colonne du dé-pentaniseur [4] et la colonne de dé-isohexaniseur [5].
Ces numéros sont conservés sur les figures selon l'invention pour désigner les mêmes équipements.
La figure 2 représente le procédé selon l'invention dans lequel le bloc noté (3+4) représente la première étape de séparation, et le bloc [5] la seconde étape de séparation.
La figure 3 représente une première variante du procédé selon l'invention dans laquelle les colonnes [3] et [4] s'enchaînent en série.
La figure 4 représente une seconde variante du procédé selon l'invention dans laquelle les colonnes [3] et [4] sont regroupées en une seule colonne [3] permettant un fractionnement en 3 coupes. La figure 5 représente une troisième variante du procédé selon l'invention dans laquelle les colonnes [3] et [4] se présentent dans l'ordre inverse, c'est-à-dire que c'est le flux de tête de la colonne [4] qui alimente la colonne [3]. La figure 6 représente un exemple d'intégration thermique entre le condenseur d'une première colonne et le rebouilleur d'une autre colonne.
Les équipements sont notés par des numéros entre crochets et les flux par des numéros entre parenthèses. Les numéros des conduites véhiculant les flux sont les mêmes que ceux des flux véhiculés.
DESCRIPTION SOMMAIRE DE L'INVENTION
L'invention concerne le domaine de la production d'essence à haut indice d'octane. Les naphtas issus de la distillation atmosphérique du pétrole sont habituellement principalement constitués d'hydrocarbures comprenant de 5 à 10 atomes de carbone (coupe C5-C10). Le procédé selon la présente invention traite une charge de type naphta léger et préférentiellement une coupe C5 et C6 (coupe d'hydrocarbures comprenant 5 ou 6 atomes de carbone), et vise à maximiser les molécules ramifiées par rapport aux molécules linéaires (ou normales). Toutefois ces charges peuvent éventuellement comprendre d'autres hydrocarbures, par exemple des hydrocarbures comprenant 4 ou 7, voire 8 atomes de carbone (coupes C4, C7,C8). On cherchera toutefois de préférence à limiter la quantité de ces hydrocarbures via par exemple une séparation préalable.
Pour ce qui concerne lés hydrocarbures en C4, ils peuvent aussi être en grande partie séparés dans la colonne de stabilisation [2].
Le procédé selon l'invention s'applique plus particulièrement aux charges dont la teneur en iso pentane est inférieure à 25% et préférentiellement inférieure à 20%. Le procédé selon l'invention comprend une section d'isomérisation [1], une stabilisation de l' effluent isomérisé [2] (notée STAB), une séparation de l'iso-pentane (notée DiP), une séparation du n-pentane (notée DP),(représentées par le bloc 3+4) et une séparation des produits restant, notamment des composés ramifiés en C6 (notée DiH) (représenté par le bloc 5), selon la séquence ISOM/STAB/DiP/DP/DiH. Dans le procédé selon l'invention, la séparation de l'iso-pentane et du n-pentane peut également être effectuée dans une même colonne permettant un fractionnement en 3 coupes selon la séquence ISOM/STAB/DiP/DiH selon la figure 4. Le procédé selon l'invention se distingue donc du procédé selon l'art antérieur (figure 1) en ce qu'il comprend la séparation successive de l'iso-pentane, du n-pentane et des composés ramifiés en C6 dans cet ordre selon la figure 3, ou la séparation simultanée du n-pentane et de l'iso-pentane dans une même colonne de fractionnement selon la figure 4, suivie de la séparation des composés ramifiés en C6; ou encore la séparation d'une coupe C5, puis celle du n-pentane et de l'iso-pentane et celle des composés ramifiés en C6 selon la figure 5.
Dans le procédé selon l'invention, lesdites séparations sont toutes situées en aval de la section d'isomérisation [1], et plus précisément an aval de la colonne de stabilisation [2], contrairement aux procédés de l'art antérieur qui ne présentent qu'une seule colonne de DiH (dé-isohexaniseur), ou 3 colonnes de fractionnement, mais avec la colonne DiP (dé-isopentaniseur) située en amont de la section d'isomérisation selon le schéma de la figure 1.
De façon plus précise, la présente invention peut se décrire comme un procédé d'isomérisation d'un naphta léger, ou préférentiellement d'une coupe essentiellement C5-C6, le dit procédé comprenant deux étapes de séparation par distillation situées en aval de l'étape d'isomérisation : - une première étape de séparation par distillation (bloc 3+4) permettant de séparer les hydrocarbures à 5 atomes de carbone des composés plus lourds envoyés vers la seconde section de séparation [5]. Cette première étape de séparation consiste à produire les 3 coupes suivantes : a) une coupe enrichie en iso-pentane (15) qui est un produit du procédé, b) une coupe enrichie en n-pentane (16) qui est recyclée à la section réactionnelle [1], et c) une coupe enrichie en hydrocarbures plus lourds que les pentanes (17) qui est dirigée vers une deuxième étape de séparation [5],
- une deuxième étape de séparation [5] consistant en une colonne de séparation dont les produits de tête et de fond sont des produits de l'unité, à savoir un flux de tête (19) riche en composés ramifiés en C6, un flux de fond (18), et une coupe intermédiaire (20) enrichie en n- hexane, prélevée en soutirage latéral qui est recyclée à la section réactionnellë [1].
- Selon une première variante du procédé selon l'invention, représentée par la figure 3, la première étape de séparation comprend deux colonnes (3 et 4) disposées en série, c'est-à-dire que le flux de fond du dé-isopentaniseur [3] alimente le dé-pentaniseur [4] comme représenté sur la figure 3. Le flux d'isopentane (15) sort en tête de la colonne [3] et le flux d'hydrocarbures plus lourds que les pentanes (17) sort en fond de la colonne [4] pour alimenter la deuxième étape de fractionnement [5].
- Selon une seconde variante du procédé selon l'invention, représentée par la figure 4, le dé- isopentaniseur et le dé-pentaniseur sont confondus en une seule colonne permettant un fractionnement en 3 flux (notée [3] sur la figure 4). Le flux d'isopentane (15) sort en tête de la colonne [3], et le flux d'hydrocarbures plus lourds que les pentanes (17) sort en fond de ladite colonne pour alimenter la deuxième étape de fractionnement [5]. Un soutirage intermédiaire (flux 16) est recyclé à l'unité d'isomérisation [1]. - Selon une troisième variante du procédé selon l'invention, représentée par la figure 5, la première étape de séparation comprend les deux colonnes [4] et [3] disposées en série dans cet ordre. C'est-à-dire que le flux (12) issu du fond de la colonne de stabilisation [2] alimente le dé-pentaniseur [4] duquel sort en tête le flux (21) qui alimente le dé-isopentaniseur [3]. Le flux de fond (17) du dépentaniseur [4] alimenté le dé-isohexaniseur [5]. Le dé-isopentaniseur [3] produit en tête le flux (15), produit riche en isopentane, et en fond le flux (16), riche en normal pentane, qui est recyclé à l'isomérisation [1].
- Selon d'autres variantes du procédé, il est possible d'utiliser les calories disponibles au condenseur d'une des colonnes [3], [4] ou [5] pour apporter des calories au rebouilleur d'une des colonnes [3], [4] ou [5], Par exemple, selon la variante illustrée par la figure 6, il est possible de réaliser un échange de chaleur entre le condenseur du dé-pentaniseur [4] et le rebouilleur du dé-isopentaniseur [3].
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Dans le procédé selon l'invention, la charge (10) est généralement constituée par un naphta léger, préférentiellement une coupe C5-C6, pouvant éventuellement contenir des hydrocarbures plus lourds. Cette charge est envoyée dans une section d'isomérisation catalytique [1], puis l'effluent (11) est fractionné dans une section de fractionnement comprenant les étapes suivantes :
- une stabilisation [2] de l'effluent isomérisé qui consiste à séparer en tête les composés plus légers que les pentanes (flux 13), et en fond un effluent stabilisé (12) - une première étape de séparation par distillation (bloc 3+4) permettant de séparer les hydrocarbures à 5 atomes de carbone des composés plus lourds envoyés vers la seconde section de séparation [5]. Cette première étape de séparation consiste à produire les 3 coupes suivantes : a) une coupe enrichie en iso-pentane (15) qui est un premier produit du procédé, b) une coupe enrichie en n-pentane (16) qui est recyclée à la section réactionnelle [1], et c) une coupe enrichie en hydrocarbures plus lourds que les pentanes (17) qui est dirigée vers une deuxième étape de séparation [5],
- une deuxième étape de séparation [5] consistant en une colonne de séparation dont les produits de tête et de fond sont les produits de l'unité, à savoir un flux de tête (19) riche en composés ramifiés en C6, un flux de fond (18), et une coupe intermédiaire (20) enrichie en n- hexane, prélevée en soutirage latéral qui est recyclée à la section réactionnelle [1].
La coupe enrichie en iso-pentane (15) issue de la première étape de séparation ainsi que les flux de tête (19) et de fond (18) issus de la deuxième étape de séparation peuvent éventuellement ensuite être mélangés pour fournir le ou les produits du procédé. Description de la figure 1 selon fart antérieur:
La figures 1 montre le schéma de procédé selon l'art antérieur qu'on peut considérer comme le plus proche de la présente invention.
La charge (10) est amenée dans un dé-isopentaniseur [3] qui permet de sortir en tête un flux d'isopentane (15). Le flux de fond (14) du dé-isopentaniseur [3] est envoyé à la section réactionnelle d'isomérisatiori [1] parla conduite 14.
Les conditions opératoires de la section réactionnelle [1] sont choisies de façon à favoriser la transformation des n-paraffines de faible indice d'octane (li-pentane, n-hexane) vers des iso-paraffines d'indices d'octane plus élevés (isopentane, 2,2-diméthylbutane, 2,3-diméthylbutane, 2-méthylpentane, 3-méthylpentane). La section réactionnelle d'isomérisation [1] est généralement opérée en présence d'un catalyseur acide. L'effluent de la section d'isomérisation [1], une fois stabilisé par séparation des composés légers (13) dans la colonne de stabilisation [2] est dirigé via la conduite (12) vers un dé-pentaniseur [4]. Le flux de tête (16) du dé-pentaniseur [4] est recyclé à la colonne [3] du dé-isopentaniseur.
Le recyclage du n-pentane, produit de tête du dé-pentaniseur [4], via la conduite 16 vers le dé- isopentaniseur [3], permet d'accroître la proportion de n-pentane isomérisé dans la section d'isomérisation [1], et par conséquent d'obtenir des produits d'indices d'octane plus élevés.
Le flux (16) peut être recyclé vers le dé-isopentaniseur [3], soit en l'introduisant seul directement dans le dé-isopentaniseur [3] (selon la figure 1), soit en mélange avec la charge 10 (non représenté). Le flux (16) contient également de l'isopentane formé dans la section d'isomérisation qui est séparé dans le dé-isopentaniseur [3].
Les produits (18) et (19) sont issus respectivement du fond et de la tête du dé-isohexaniseur [5] qui est alimenté par le flux de fond (17) issu du dé-pentaniseur [4]. L'isopentane est sensiblement absent de ces deux flux, étant essentiellement présent dans le flux 15.
Le procédé de la figure 1 présente l'inconvénient de mélanger un fluide enrichi en isopentane recyclé via la conduite (16) avec la charge (10) issue de la conduite 10, soit avant son admission dans le dé- isopentaniseur [3], soit, comme représenté sur la figure 1 , à l'intérieur dudit dé-isopentaniseur [3].
Ce mélange entraine des coûts d'investissement et d'opération significatifs puisqu'il est: nécessaire ensuite de séparer à nouveau cet isopentane lors de la séparation isopentane/n-pentane du dé- isopentaniseur [3], et lors de la séparation n-pentane/composés plus lourds du dé-pentaniseur [4]. Ceci est plus particulièrement pénalisant lorsque la charge contient peu d'iso-pentane. Le procédé selon l'invention permet entre autre de contourner ce problème.
Description des figures selon l'invention (figures 2. 3.4 et 5).:
Dans sa forme la plus générale, le procédé selon l'invention comprend :
a) une section d'isomérisation catalytique [1] opérée dans les conditions décrites plus loin, b) une stabilisation de l'effluent isomérisé (11) dans une colonne de stabilisation [2] qui consiste à séparer en tête les composés plus légers que les pentanes, et en fond un effluent stabilisé (12), c) une première étape de séparation réalisée dans le bloc de distillation (3+4) permettant de séparer les hydrocarbures à 5 atomes de carbone des composés plus lourds envoyés vers la seconde section de séparation. Cette première étape de séparation consiste, par l'utilisation d'une ou deux colonnes de fractionnement, à produire les 3 coupes suivantes : - une coupe enrichie en iso-pentane qui est un produit du procédé (15),
- une coupe enrichie en n-pentane (16) qui est recyclée à la section réactionnelle [1] et,
- une coupe enrichie en hydrocarbures plus lourds que les pentanes (17), qui est dirigée vers la deuxième étape de séparation [5].
Une deuxième étape de séparation [5] qui peut être réalisée de préférence au moyen d'un dé- isohexaniseur consistant en une colonne de séparation dont le produit de tête (19) est riche en composés ramifiés en C6, et dont une coupe intermédiaire (20) enrichie en n-hexane, prélevée en soutirage latéral, est recyclée à la section réactionnelle [1]. Le flux enrichi en iso-pentane (14), le produit de fond (18) et le produit de tête (19) peuvent être mélangés pour constituer le ou les produits du procédé. La réaction d'isomérisation est effectuée de préférence sur un catalyseur à haute activité, comme par exemple un catalyseur à base d'alumine chlorée et de platine, fonctionnant à basse température, par exemple entre 100 et 300°C, de préférence entre 110 et 240 °C, à haute pression, par exemple de 2 à 35 bars (1 bar = 0,1 MPa), et avec un faible rapport molaire hydrogène/hydrocarbures, compris par exemple entre 0,1/1 et 1/1, Les catalyseurs connus utilisables sont constitués de préférence d'un support en alumine et/ou de haute pureté renfermant de préférence 2 à 10 % en poids de chlore, de 0,1 à 0,40 % en poids de platine, et éventuellement d'autres métaux. Ces catalyseurs peuvent être mis en œuvre avec une vitesse spatiale de 0,5 à 10 h-1, de préférence de 1 à 4 h-1.
Le maintien du taux de chloration du catalyseur nécessite généralement l'appoint en continu d'un composé chloré comme le tétrachlorure de carbone injecté en mélange avec la charge à une concentration allant de 50 à 600 parties par million en poids. Les catalyseurs d'isomérisation du procédé selon l'invention peuvent être préférentiellement compris dans le groupe constitué par :
- les catalyseurs supportés, le plus souvent par un support minéral, typiquement un oxyde (par exemple un oxyde d'aluminium ou de silicium ou leur mélange), et contenant au moins un halogène et un métal du groupe VIII.
- les catalyseurs zéolithiques contenant au moins un métal du groupe VIII
- les catalyseur de type Friedel et Crafts,
- les catalyseurs acides ou super acides, par exemple de type hétéropolyanions (HPA) sur zircone, les oxydes de tungstène sur zircone, les zircones sulfatées. La réaction d'isomérisation est de préférence opérée en présence d'un catalyseur à haute activité, comme par exemple un catalyseur à base d'alumine chlorée et de platine, fonctionnant à basse température, par exemple entre 100 et 300°C, de préférence entre 110 et 240 °C, à haute pression, par exemple comprise entre 2 et 35 bars (1bar = 0,1 MPa), et avec un faible rapport molaire hydrogène/hydrocarbures, compris par exemple entre 0,1/1 et 1/1. Les catalyseurs préférentiellement utilisables sont constitués d'un support en alumine de haute pureté renfermant de préférence 2 à 10 % en poids de chlore, de 0,1 à 0,40 % en poids de platine et éventuellement d'autres métaux.
Ils peuvent être mis en œuvre avec une vitesse spatiale comprise entre 0,5 et 10 h-1, de préférence comprise entre 1 à 4 h-1. Le maintien du taux de chloration du catalyseur nécessite généralement l'appoint en continu d'un composé chloré comme le tétrachlorure de carbone injecté en mélange avec la charge à une concentration de préférence comprise entre 50 et 600 parties par million en poids.
D'autres catalyseurs présentant une acidité comparable à ces catalyseurs peuvent également être utilisés. Selon une première variante du procédé selon l'invention (représentée par la figure 3), la charge est envoyée à la section d'isomérisation [1] via la conduite 10. Les conditions de la section d'isomérisation [1] sont choisies de façon à favoriser la transformation des n-paraffines de faible indice d'octane (n-pentane, n-hexane) vers des iso-paraffines d'indices d'octane plus élevés (isopentane, 2,2-diméthylbutane, 2,3-diméthylbutane, 2-méthylpentane, 3-méthylpentane).
L'effluent de la section d'isomérisation (11), une fois stabilisé par séparation des composés légers dans la colonne de stabilisation [2] est ensuite dirigé via la conduite (12) vers un dé-isopentaniseur [3] de façon à récupérer en tête, via la conduite (15), un flux enrichi en isopentane et en fond via la conduite (14) un fluide appauvri en isopentane.
Les conditions de fractionnement du dé-isopentaniseur [3] sont de préférence telles que le taux de récupération d'isopentane en tête (débit d'isopentane en tête du dé-isopentaniseur divisé par le débit d'isopentane dans la charge du dé-isopentaniseur) est typiquement supérieur à 70%. La teneur en n- pentane dans le produit de tête (15) est alors typiquement inférieure à 15% poids, de préférence inférieure à 10% poids.
Le fond du dé-isopentaniseur [3] est dirigé via la conduite (14) vers un dé-pentaniseur [4] de façon à récupérer en tête (flux 16) un fluide enrichi en n-pentane et contenant peu d'isopentane, qui est recyclé à la section de réaction d'isomérisation [1] via la conduite (16). On récupère en fond via la conduite (17), un flux (17) contenant principalement des hydrocarbures à 6 atomes de carbones ou plus (coupe C6+) qui alimente le dé-isohexaniseur [5].
Le dé-isohexaniseur [5] consiste en une colonne de séparation dont le produit de tête (19) est riche en composés ramifiés en C6, et dont une coupe intermédiaire (20) enrichie en n-hexane, prélevée en soutirage latéral, est recyclée à la section réactionnelle [1 ].
Le flux enrichi en iso-pentane (14), le produit de fond du de-isohexaniseur [5],et le produit de tête du de-isohexaniseur (19) peuvent être mélangés pour constituer le ou les produits du procédé.
Le dimensionnement de la colonne de fractionnement [4] et les conditions de fractionnement sont de préférence telles que le taux global de récupération en n-pentane (débit de n-pentane en tête de dé- pentaniseur [4] divisé par le débit de n-pentane en sortie de la section de réaction d'isomérisation [1] est typiquement supérieur à 80%. La teneur en hydrocarbures à 6 atomes de carbone ou plus en tête du dé-pentaniseur [4] est typiquement inférieure à 15%, de préférence inférieure à 10% poids. Par rapport à l'état de l'art illustré sur la figure 1, cette première variante diminue la consommation énergétique du procédé car l'isopentane produit dans le réacteur d'isomérisation [1] n'est vaporisé qu'une seule fois avant d'être exporté, et le de-isopentaniseur [3] fractionne une coupe C5 enrichie en iC5, ce qui facilite ladite séparation. Selon une deuxième variante du procédé selon l'invention (représentée par la figures 4), le dé-pentaniseur [4] et le dé-isopentaniseur [3] sont remplacés par une seule colonne [3] qui est un dé-isopentaniseur à 3 coupes permettant de séparer également le n-pentane.
- le produit de tête (15) est un fluide enrichi en isopentane,
- le flux intermédiaire (16) soutiré latéralement, via la conduite (16), est un fluide enrichi en n-pentane, - le produit de fond (17) est un fluide appauvri en iso et n-pentane contenant essentiellement des hydrocarbures à plus de 6 atomes de carbones. Ce flux de fond (17) alimente le dé-isohexaniseur [5]. La deuxième étape de séparation dans le dé-isohéxaniseur est réalisée de manière identique à la première variante selon l'invention.
Selon une troisième variante du procédé selon l'invention (représentée par la figure 5), l'effluent de la section de réaction d'isomérisation [1], une fois stabilisé par séparation des composés légers dans la colonne de stabilisation [2] est dirigé via la conduite (12) vers le dé-pentaniseur [4] de façon à récupérer en tête, via la conduite (21), une coupe C5 appauvrie en C6, et en fond via la conduite (17), un fluide contenant principalement des hydrocarbures à 6 atomes de carbones ou plus, qui alimente le dé-isohexaniseur [5]. La deuxième étape de séparation dans le dé-isohéxaniseur est réalisée de manière identique à la première variante selon l'invention.
La coupe C5 alimente, par la conduite (21), le dé-isopentaniseur [3] qui permet de soutirer en tête de colonne l'iso-pentane (15), et en fond le n-pentane (16) qui est recyclé vers la section réactionnelle [1].
Intégration thermique
Comme dans l'art antérieur, l'invention présente d'autres variantes selon diverses intégrations thermiques. Le principe de ces intégrations thermiques consiste à choisir la pression opératoire d'une première colonne de façon à ce que la température de condensation en tête de cette colonne soit supérieure à la température de rebouillage d'une ou plusieurs autres colonnes du procédé.
L'échange de chaleur entre le condenseur de tête de la première colonne devant être refroidi, et le rebouilleur de fond d'une autre colonne devant être chauffé, se substitue alors au moins en partie, voire en totalité, à la consommation d'utilité froide utilisé en tête de la première colonne pour assurer son refroidissement, et à l'utilité chaude utilisée en fond de la deuxième colonne pour assurer son réchauffement.
Les termes « première colonne » et « autre colonne » sont génériques puisque c'est le choix de la colonne ayant la température au condenseur la plus élevée qui définit celle-ci comme première colonne.
Ainsi la figure 6 présente un exemple de mode d'intégration thermique entre le dé-pentaniseur [4], considéré comme la première colonne et le dé-isopentaniseur [3] considéré comme l'autre colonne, selon la première variante (représentée par la figure 3) du procédé selon l'invention. La figure 6 présente ainsi un échange de chaleur entre le condenseur de la colonne [4] (dépentaniseur) et le rebouilleur de l'autre colonne [3] (dé-isopentaniseur). Tout autre couplé de colonne pourrait- être envisagé, par exemple une intégration entre le condenseur du dé-isohéxaniseur [5] et le rebouilleur du dépentaniseur [4] ou encore entre le condenseur du dé-isohéxaniseur [5] et le rebouilleur du dé- isopentaniseur [3] ou encore entre le condenseur du déisohexaniseur [5] et les deux rebouilleurs du dépentaniseur [4] et du dé-isopentaniseur [3]. L'une de ces colonnes peut également comprendre un soutirage intermédiaire (colonne de fractionnement en 3 coupes).
En résumé l'invention concerne un procédé d'isomérisation d'un naphta léger.ledit procédé comprenant une étape réactionnelle d'isomérisation [1], suivie d'une étape de stabilisation [2] des effluents réactionnels, et deux étapes de séparation par distillation du flux de fond issu de l'étape de stabilisation [2] :
1- une première étape de séparation par distillation (bloc 3+4) permettant de séparer les hydrocarbures à 5 atomes de carbone des composés plus lourds envoyés vers la seconde section de séparation [5], ladite première étape de séparation produisant les 3 coupes suivantes : a) une coupe enrichie en iso-pentane (15) qui est un produit du procédé, b) une coupe enrichie en n-pentane (16) qui est recyclée à la section réactionnelle [1], et c) une coupe enrichie en hydrocarbures plus lourds que les pentanes (17) qui est dirigée vers une deuxième étape de séparation [5], 2- une deuxième étape de séparation [5] consistant en une colonne de séparation dont les produits de tête et de fond sont les produits de l'unité, à savoir un flux de tête (19) riche en composés ramifiés en C6, un flux de fond (18), et une coupe intermédiaire (20) enrichie en n- hexane, prélevée en soutirage latéral qui est recyclée à la section réactionnelle [1].
D'une manière préférée, dans le procédé d'isomérisation selon l'invention, la première étape de séparation comprend deux colonnes un dé-isopentaniseur [3] et un dé-pentaniseur [4] disposées en série, c'est-à-dire que le flux de fond (14) du dé-isopentaniseur [3] alimente le dé-pentaniseur [4], le flux d'isopentane (15) sort en tête de la colonne [3], un flux enrichi en hydrocarbures plus lourds que les pentanes (17) sort en fond de la colonne [4] et alimente le dé-isohexaniseur [5], et le flux de tête (16) de la colonne [4] est recyclé à l'unité d'isomérisation [1]. Selon une autre variante préférée du procédé d'isomérisation selon l'invention, la première étape de séparation ne comprend qu'une seule colonne [3], dans laquelle le flux d'isopentane (15) sort en tête de la colonne [3], le flux enrichi en hydrocarbures plus lourds que les pentanes (17) sortant en fond de ladite colonne [3] alimente la colonne du dé-isohexaniseur [5], et le soutirage intermédiaire (flux 16) est recyclé à l'unité d'isomérisation [1]. Selon une autre variante préférée du procédé d'isomérisation selon l'invention, la première étape de séparation comprend les deux colonnes [4] et [3] disposées en série dans cet ordre, dans lesquelles le flux (12) issu de la colonne de stabilisation [2] alimente le dé-pentaniseur [4] dont on sort en tête le flux (21) qui alimente le dé-isopentaniseur [3], et dans lesquelles le flux de fond: enrichi en hydrocarbures plus lourds que les pentanes (17) du dé-pentaniseur [4] alimente le dé-isohexaniseur [5], le dé-isopentaniseur [3] produisant en tête le flux (15), riche en isopentane, et en fond le flux (16), riche en normal pentane, qui est recyclé à l'unité d'isomérisation [1].
Selon une autre variante du procédé d'isomérisation selon l'invention, un échange de chaleur est réalisé entre le condenseur d'une des colonnes [3], [4] ou [5] et le rebouilleur d'une des colonnes [3], [4] ou [5]. Selon un premier mode de réalisation de cette variante, l'échange de chaleur est réalisé entre le condenseur du dé-isohexaniseur [5] et soit le rebouilleur du dé-pentaniseur [4], soit le rebouilleur du dé-isopentaniseur [3], soit les deux. Selon un deuxième mode de réalisation, l'échange de chaleur est réalisé entre le condenseur du dé-pentaniseur [4] et le rebouilleur du dé-isopentaniseur [3].
EXEMPLES SELON L'INVENTION
EXEMPLE 1 :
Cet exemple est basé sur la charge (10) dont la composition est détaillée au Tableau 1 ci-dessous :
Figure imgf000015_0001
La section réactionnelle est constituée de 2 réacteurs d'isomérisation fonctionnant en série. La température d'entrée des 2 réacteurs est de 120°C.
La pression d'entrée du réacteur 1 est de 35 bars absolus. La pression d'entrée du deuxième réacteur est de 33 bars absolus.
Le catalyseur employé est constitué d'un support en alumine renfermant 7% en poids de chlore, et 0,23% en poids de platine et éventuellement d'autres métaux.
La vitesse spatiale est de 2,2h-1. Le ratio molaire hydrogêne sur hydrocarbure est de 0,1/1. Les pressions opératoires des colonnes sont choisies de façon à ce que la température de tête soit compatible avec les moyens de refroidissement usuellement disponibles (eau de refroidissement ou air à température ambiante).
Le taux de recyclage des pentanes est défini comme le débit du fluide enrichi en n-pentane recyclé à la section de réaction d'isomérisation divisé par le débit de charge fraîche. Le taux de recyclage des hexanes est défini comme le débit du fluide enrichi en n-hexane recyclé à la section de réaction d'isomérisation divisé par le débit de charge fraîche.
A la fois pour le procédé selon l'art antérieur représenté par la figure 1, et pour le procédé selon l'invention représenté par les figures 3 et 4, les taux de recyclage des pentanes et des hexanes sont choisis de façon à obtenir un débit constant à la section de réaction d'isomérisation [1], ce qui correspond à la même quantité de catalyseur pour une vitesse spatiale donnée dans lé réacteur d'isomérisation [1].
Les produits (ou sorties) des procédés sont définis comme le mélange des produits de tête (19) et en fond (18) du dé-isohexaniseur [5], et le produit de tête (15) du dé-isopentaniseur [3] enrichi en isopentane. Les compositions des produits obtenus sont résumées dans les tableaux 2 à 4 qui suivent :
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000017_0002
Figure imgf000018_0001
Le tableau 5 ci-dessous compare les résultats obtenus avec les diverses variantes de schéma selon l'art antérieur et selon l'invention. Dans ce tableau 5, on utilise les notions suivantes :
1 : Rendement défini comme débit massique de produit divisé par débit de charge fraiche.
2 : échange thermique avec le fond de la colonne de stabilisation
3 : les plateaux d'alimentation et de soutirage sont repérés par leur numéro d'ordre, l'ensemble des plateaux étant numérotés à partir de 1 de haut en bas.
Figure imgf000019_0001
Le tableau 5 permet de tirer les conclusions suivantes :
1. Le schéma avec un dé-isopentaniseur et un dé-pentaniseur selon l'invention (figure 3) comparé à l'art antérieur avec ces mêmes colonnes (figure 1) présente des dimensions de colonnes et des besoins en utilités chaudes moindre. Ceci conduit nécessairement à des coûts d'investissement et d'opération moins importants. De plus l'indice d'octane obtenu est meilleur.
2. Le schéma selon l'invention de la figure 4, à une seule colonne [3] remplissant le rôle de dé- isopentaniseur et de dé-pentaniseur, et 3 coupes extraites de ladite colonne, présente un avantage en termes d'investissement par rapport à la mise en œuvre en deux colonnes distinctes, et démontre, pour un indice d'octane et un rendement proches de l'art antérieur, une forte diminution des besoins en utilités chaudes.
EXEMPLE 2 :
Les conditions opératoires de la section réactionnelle sont inchangées par rapport à l'exemple 1.
Le tableau 6 ci-dessous présente les résultats d'une intégration thermique entre le dé-isohexaniseur [5] et les dé-isopentaniseur [3] et dé-pentaniseur [4] selon l'invention. Dans le schéma de la figure 3, le dé-isohexaniseur [5] est opéré à une pression de 8 bar absolus, la température de condensation de la tête de colonne est alors de 127°C. Un échange de chaleur est alors possible entre cette tête colonne et le rebouilleur du dé-pentaniseur [4] opéré à 87°C et le rebouilleur du dé-isopentaniseur [3] opéré à 109°C.
Dans le schéma de la figure 4, le dé-isohexaniseur [5] est opéré à une pression de 8 bar, la température de condensation de la tête de colonne est alors de 127°C. Un échange de chaleur est alors possible entre cette tête de colonne et le rebouilleur du dé-isopentaniseur [3] opéré à 115°C.
Figure imgf000021_0001
Dans le tableau 6 on utilise les notions suivantes :
1 : besoin couverts par la condensation du en tête de de-isohexaniseur [5] sans le recours à une utilité chaude.
2 : Rendement défini comme débit massique de produit divisé par débit de charge fraîche
3 : échange thermique avec le fond de la colonne de stabilisation [2]
Les besoins en utilités chaudes du schéma selon la figure 3 sont diminués de 10,2 M W (31,6 MW à 21,4 MW).
Les besoins en utilités chaudes du schéma selon la figure 4 sont diminués de 4,8 MW (24,9 MW à 20,1 MW). Moyennant un surinvestissement modéré pour la colonne de DIH [5], ces intégrations thermiques permettent sans altérer les performances de l'unité, de réduire significativement les coûts opératoires.
EXEMPLE 3 :
Les conditions opératoires de la section réactionnelle [1] sont inchangées par rapport à l'exemple 1. Le schéma de procédé est celui de la figure 3 complété par l'intégration thermique détaillée sur la figure 6. Le dé-pentaniseur [4] est opéré à une pression de 11 bar absolu, la température de condensation de la tête de colonne est alors de 123°C. Un échange de chaleur est alors possible entre cette tête colonne et le rebouilleur du dé-isopentaniseur [3] opéré à 109°C. Le tableau 7 détaille les résultats obtenus.
Dans le tableau 7 on utilise les notions suivantes :
1 : dont 7.5MW couverts par la condensation du en tête de de-isohexaniseur sans le recours à une utilité chaudes.
2 : besoin couverts par la condensation en tête de de-isohexaniseur sans le recours à une utilité chaude.
3 : échange thermique avec le fond de la colonne de stabilisation
Figure imgf000023_0001
Les besoins en utilités chaudes du schéma selon la figure 6 sont diminués de 5,6 M W (31,6 MW à 26,0 MW).
Moyennant: un surinvestissement modéré pour le de-pentaniseur [4], cette intégration thermique permet, sans altérer les performances de l'unité, de réduire significativement son coût opératoire.

Claims

REVENDICATIONS 1) Procédé d'isomérisation d'un naphta léger, le dit procédé comprenant une étape réactionnelle d'isomérisation [1], ladite étape se déroulant aux conditions suivantes :
- température comprise entre 100 et 300°C, de préférence entre 110 et 240 °C,
- pression, de 2 à 35 bars (1 bar = 0,1 MPa), et
- rapport molaire hydrogène/hydrocarbures, compris entre 0,1/1 et 1/1,
- vitesse spatiale de 0,5 à 10 h-1, de préférence de 1 à 4 h-1. les catalyseurs utilisés étant constitués d'un support en alumine de haute pureté renfermant de préférence 2 à 10 % en poids de chlore, de 0,1 à 0,40 % en poids de platine, et éventuellement d'autres métaux, ladite étape d'isomérisation étant suivie d'une étape de stabilisation [2] des effluents réactionnels, et de deux étapes de séparation par distillation du flux de fond issu de l'étape de stabilisation [2] placées en aval de l'étape de stabilisation (2), les deux étapes de séparation étant les suivantes :
1- une première étape de séparation par distillation (bloc 3+4) permettant de séparer les hydrocarbures à 5 atomes de carbone des composés plus lourds envoyés vers la seconde section de séparation par distillation [5], ladite première étape de séparation produisant les 3 coupes suivantes : a) une coupe enrichie en iso-pentane (15) qui est un produit du procédé, b) une coupe enrichie en n-pentane (16) qui est recyclée à la section réactionnelle [1], et c) une coupe enrichie en hydrocarbures plus lourds que les pentanes (17) qui est dirigée vers une deuxième étape de séparation [5],
2- une deuxième étape de séparation [5] consistant en une colonne de séparation dont les produits de tête et de fond sont les produits de l'unité, à savoir un flux de tête (19) riche en composés ramifiés en C6, un flux de fond (18), et une coupe intermédiaire (20) enrichie en n- hexane, prélevée en soutirage latéral qui est recyclée à la section réactionnelle [1], procédé d'isomérisation dans lequel un échange de chaleur est réalisé entre le condenseur d'une des colonnes [3], [4] ou [5] et le rebouilleur d'une des colonnes [3], [4] ou [5]. 2) Procédé d'isomérisation d'un naphta léger selon la revendication 1, dans lequel la première étape de séparation comprend deux colonnes un dé-isopentaniseur [3] et un dé-pentaniseur [4] disposées en série, c'est-à-dire que le flux de fond (14) du dé-isopentaniseur [3] alimente le dé- pentaniseur [4], le flux d'isopentane (15) sort en tête de la colonne [3], un flux enrichi en hydrocarbures plus lourds que les pentanes (17) sort en fond de la colonne [4] et alimente le dé- isohexaniseur [5], et le flux de tête (16) de la colonne [4] est recyclé à l'unité d'isomérisation [1]. 3) Procédé d'isomérisation d'un naphta léger selon la revendication 1, dans lequel la première étape de séparation ne comprend qu'une seule colonne [3], dans laquelle le flux d'isopentane (15) sort en tête de la colonne [3], le flux enrichi en hydrocarbures plus lourds que les pentanes (17) sortant en fond de ladite colonne [3] alimente la colonne du dé-isohexaniseur [5], et le soutirage intermédiaire (flux 16) est recyclé à l'unité d'isomérisation [1]. 4) Procédé d'isomérisation d'un naphta léger selon la revendication 1, dans lequel la première étape de séparation comprend les deux colonnes [4] et [3] disposées en série dans cet ordre, le flux (12) issu de la colonne de stabilisation [2] alimente le dé-pentaniseur [4] dont on sort en tête le flux (21) qui alimente le dé-isopentaniseur [3], et le flux de fond du dé-pentaniseur [4] enrichi en hydrocarbures plus lourds que les pentanes (17) alimente le dé-isohexaniseur [5], le dé- isopentaniseur [3] produisant en tête le flux (15), riche en isopentane, et en fond le flux (16), riche en normal pentane, qui est recyclé à l'unité d'isomérisation [1]. 5) Procédé d'isomérisation d'un naphta léger selon la revendication 1, dans lequel un échange de chaleur est réalisé entre le condenseur du dé-isohexaniseur [5] et soit le rebouilleur du dé- pentaniseur [4], soit le rebouilleur du dé-isopentaniseur [3], soit les deux. 6) Procédé d'isomérisation d'un naphta léger selon la revendication 1, dans lequel un échange de chaleur est réalisé entre le condenseur du dé-pentaniseur [4] et le rebouilleur du dé-isopentaniseur [3].
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