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La présente invention est relative à un procédé de purification du benzol brut par traitement catalytique du benzol brut avec de l'hydro- gène ou avec un gaz renfermant de l'hydrogène, à pression élevée et à tem- pérature élevée. Un tel procédé est connu sous le nom de "raffinage sous pression'et a été utilisé dans la pratique.
Le principe du raffinage sous pression réside dans le fait que les impuretés présentes dans le benzol brut, telles que des hydrocarbures non-saturés donnant lieu à la formation de résines, ainsi que des composés sulfurés et azotés sont, par traitement avec de l'hydrogène en présence de catalyseurs appropriés, transformés en partie en composés saturés ou sont transformés, par hydrogénation des composés sulfurés et azotés, en hydro- gène sulfuré ou en ammoniac. Après séparation des nouveaux composés formés à partir des impuretés, on obtient alors un benzol d'un haut degré de pu- reté.
Lors de l'exécution pratique de ce procédé, il s'est avéré qu'une difficulté essentielle est la vaporisation non gênée du benzol brut et l'en- traînement des produits résineux. Il s'est en outre avéré qu'il n'est pas possible, avec les procédés de vaporisation utilisés jusqu'à présent, d'em- pêcher complétement l'entraînement dans la vapeur de benzol des produits résineux renfermés dans le benzol.
Jusqu'à présent, on a toujours procédé en vaporisant, par l'amenée de chaleur indirecte, le benzol liquide préchauf- fé par échange de chaleur indirecte, que ce soit en présence ou en l'absen- ce de l'hydrogène nécessaire pour le traitement catalytique ultérieur,, Lors de l'amenée de la chaleur de vaporisation de manière indirecte, notamment à l'aide de surfaces de parois chauffées, il s'est toujours formé, quelle que-.soit la manière spéciale suivant laquelle étant agencée l'installation de vaporisation, au bout de peu de temps, sur les parois et les montages in- térieurs, par exemple sur les fonds intermédiaires ou sur les corps de remplissage de colonnes de vaporisation de ce genre, un précipité constitué par des corps insolubles, hautement polymérisés,
de sorte qu'il se produi- sait au bout d'un temps relativem nt court d'abord un amoindrissement de la transmission de chaleur, c'est-à-dire un amoindrissement de la puissance de vaporisation du vaporiseur, et finalement une obturation complète du vapo- riseur. Cela est essentiellement imputable au fait que lors de la vaporisa- tion indirecte par amenée de chal ur à l'aide de parois chauffées, il peut se produire des surchauffes locales inévitables, conduisant de préférence à une vaporisation des composants facilement volatiles. Il se produit alors un enrichissement local excessif du produit en corps organiques à point d'é- bullition élevé qui se transforment alors, sous l'influence de la tempéra- ture élevée des parois, en un précipité insoluble qui se fixe sur les parois.
L'invention a pour but, tout en empêchant l'amenée de chaleur in- directe, d'entreprendre la vaporisation du benzol, de manière à empêcher à coup sûr la formation, dans le dispositif de vaporisation, de précipités ou incrustations insolubles.
Pour résoudre ce but, la Demanderesse est partie du fait que le gaz hydrogéné qui est nécessaire pour le raffinage sous pression est en me- sure, dans des conditions appropriées de pression et de. température, de se saturer à un tel degré de vapeurs de benzol, qu'il se produit de ce fait une vaporisation suffisante de la matière de départ liquide.
Pour provoquer, d'une part, une vaporisation aussi complète que possible du benzol et, d'au- tre part, pour s'en tirer sans apport indirect de chaleur directement dans la chambre de vaporisation où se trouvent les vapeurs de benzol, le procé- dé conforme à l'invention est exécuté de manière que la vaporisation du ben- zol préchauffé d'abord sans formation notable de vapeurs, ait lieu en plu- , sieurs étages de manière que dans chaque étage une partie du benzol soit vaporisée en présence et avec saturation du gaz hydrogéné, tout en abaissant
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la température du résidu liquide de cet étage, et que le résidu liquide de chaque étage soit à nouveau, pour lui-même, grâce à une amenée de chaleur, chauffé à la température de départ et soit amené à l'étage qui suit immé- diatement,
en vue de vaporiser d'autres quantités de benzol, tandis que l'on soutire du dernier étage un résidu liquide renfermant les produits de polymérisation.
Le procédé conforme à l'invention est avantageusement mis en oeuvre de manière que le benzol liquide soit délivré en haut à la colonne de vaporisation subdivisée en étages et que le gaz hydrogéné soit délivré en bas à ladite colonne, le mélange de vapeurs de benzol et d'hydrogène étant soutiré à la tête de ladite colonne et envoyé alors au four de cata- lyse. On travaille donc suivant le principe du contre-courant, le liquide benzolique s'écoulant vers le bas agissant constamment comme agent de lava- ge pour le gaz ascendant,
Le procédé conforme à l'invention empêche donc d'amener indirec- tement, à l'aide de parois ou analogues,'de la chaleur au mélange de benzol liquide, de vapeurs de benzol et de gaz hydrogéné présent dans la colonne de vaporisation.
Bien plus, la chaleur nécessaire pour la vaporisation du 'benzol provient exclusivement de l'enthalpie des produits liquides et gazeux qui se refroidissent alors de façon correspondante-. Etant donné que dans ce genre de vaporisation, il ne se produit pas de températures critiques qui pourraient provoquer des incrustations, la formation de telles incrustations et précipités se trouve par conséquent essentiellement exclue.
Pour pouvoir maintenant vaporiser d'autres quantités de benzol à partir du résidu liquide provenant d'une telle vaporisation, celui-ci se trouve, selon une-forme de réalisation préférée du procédé, à nouveau amené à la température de départ, totalement ou en partie, à l'extérieur de la colonne de vaporisation dans un dispositif dans lequel il ne se produit pas de formation' de vapeurs.de benzol. Il ne peut donc pas non plus se produire d'incrustations dans les dispositifs qui chauffent à nouveau le résidu li- quide provenant des divers étages.
Dans la colonne de vaporisation qui, de lamanière conforme à l'in- vention, est réalisée en étages, les polymérisats qui ne sont formés dans le benzol par suite du traitement thermique préalable s'enrichissent jus- qu'au dernier étage, de sorte que,finalement on peut soutirer du dernier étage un produit liquide renfermant, à-côté d'une minime quantité de benzol, pratiquement tous -les polymérisats qui normalement devraient être séparés du benzol liquide dans un séparateur thermique particulier. A partir du ré- sidu provenant du dernier étage de vaporisation, on peut alors, par un trai- tement particulier, obtenir les restes du benzol.
L'exécution du procédé conforme à l'invention apporte en même temps en soi d'autres avantages. Les installations modernes de raffinage sous pression travaillent souvent, non pas avec de l'hydrogène pur, mais avec du gaz de four à coke dont le constituant essentiel est l'hydrogène. <
Comme on le sait, le gaz de four à coke renferme toutefois des formateurs - de résine qui, si l'on chauffe à sec le gaz de four à coke à de certaines températures, fournissent des produits résineux ou gommeux à point d'ébul- lition élevé, qui à la longue obstruent les conduites ou les dispositifs de chauffage.
En faisant passer à contre-courant du benzol liquide, d'une part, ou du gaz de four à coke, d'autre part, dans le dispositif de vapo- risation à plusieurs étages, les,constituants formateurs de résine qui sont contenus dans le gaz de four à coke sont' extraits par lavage par le .benzol liquide et sont soutirés de l'étage le plus bas, conjointement avec les polymérisats provenant du benzol, et sont par suite éliminés du procédé.
Suivant la teneur en polymérisats du benzol brut et, le cas éché-
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ant, du gaz hydrogéné, et suivant la fraction de benzol qui est vaporisée dans chaque étage, il peut se produire dans certains cas un enrichissement notable du résidu du dernier étage en produits de polymérisation. Pour em- pêcher à coup sûr qu'il ne se produise également dans le dernier étage ( le plus bas) du vaporiseur, des dépôts et des incrustations de produits à point d'ébullition élevé, on ajoute en continu ou par intermittence, selon une autre caractéristique de l'invention, au résidu liquide réchauffé provenant . de l'avant,-,-dernier étage du vaporiseur, avant de l'introduire à nouveau dans le vaporiseur, une petite quantité d'huile de lavage ou analogue.
Le point d'ébullition de l'huile de lavage est assez élevé pour qu'il ne se produise pas de vaporisation notable, si bien qu'on dispose toujours d'une quantité suffisante de solvant pour les polymérisats, même dans l'étage de 'vaporisation situé le plus bas. Des quantités minimes d'huile de lavage qui seraient éventuellement vaporisées dans l'étage le plus bas sont à nou- veau condensées dans les étages suivants, de sorte qu'il ne se produit pas de souillures des vapeurs de benzol avec des vapeurs d'huile de lavage.
Le résidu renfermant de l'huile dé lavage est avantageusement traité dans ,un dispositif servant à soutirer le brai de l'huile de lavage usée, et dans lequel on obtient d'une part du benzol et de l'huile de lavage en fractions séparées, et d'autre part un résidu analogue au brai. L'addition d'huile de lavage au dernier étage de vaporisation a encore également pour autre avan- %age que l'on peut vaporiser dans cet étage (sans danger d'incrustations) davantage de benzol que cela ne serait possible sans addition d'huile de lavage..
Pour augmenter la quantité de chaleur que l'on introduit dans la colonne de vaporisation par réchauffage du résidu provenant d'un étage, on--peut, le cas échéant, mettre en circulation-ledit résidu provenant d'un étage, au-dessus dudit étage et de l'installation de réchauffage. Suivant le nombre .des circulations à l'intérieur du même étage, on peut faire varier, dans des limites particulièrement quelconques, la quantité de chaleur dont on dispose dans cet étage.
Il est également possible, le cas échéant, de réaliser, du point de vue constructif, les dispositifs disposés à l'extérieur de la colonne de vaporisation proprement dite (par exemple les échangeurs de chaleur ou ana- logues ) et servant à réchauffer le résidu liquide provenant des divers étages, ainsi que les tubulures damenée et d'évacuation, de manière qu'il se produise à l'intérieur desdits dispositifs et conduites, une post-polymé- risation des composés organiques polymérisables qui peuvent encore, dans certains cas, être présents dans la matière liquide, de sorte que l'on ren- force encore l'action du lessivage à contre-courant dans le vaporiseur.
Sui- vant le degré d'impureté du benzol brut, il est possible, dans certaines circonstances, au cas où l'on choisit de manière appropriée les températu- res et les temps de séjour dans les échangeurs de chaleur précités, de renon- cer complètement à l'étage de polymérisation séparé qui est d'ordinaire mon- té en avant de vaporiseur. ,
Pour pouvoir, le cas échéant, éliminer aussi les dernières traces de composés chimiques qui pourraient donner lieu à.des dérangements dans le four de catalyse et qui se dégagent du dispositif de vaporisation avec le mélange de vapeurs de benzol et d'hydrogène, il est avantageux, dans cer- tains cas, de laver avec le raffinât obtenu sous pression ce mélange de va- peurs de benzol et d'hydrogène.
Dans ce but, ont peut prévoir le cas éché- ant, à la tête du dispositif de vaporisation, un étage de lavage particu- lier pour le lavage du mélange de vapeurs avec le raffinat obtenu sous pres- sion. Cet étage de lavage peut aussi naturellement être prévu sous la forme d'une unité distincte, séparée de la colonne de vaporisation, et fonctionner également de manière distincte.
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Un mode de réalisation du dispositif servant à la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention est représenté schématiquement sur le dessin annexê
Le benzol brut parvient de la tubulure 2, en passant par le com- presseur 4, dans l'échangeur de chaleur ¯6 qu'il quitte à une température de
210 environ,, La température du serpentin de chauffage utilisé dans l'échan- geur de chaleur 6 est choisie de .manière qu'il ne se produise pas de vapo- risation du 'benzol. Lorsque la pression dans le four de catalyse est d'en- viron 45 atmosphères, une température du serpentin de chauffage égale par exemple à 230-250 environ ou aussi quelque peu supérieure s'est avérée avantageuse.
Le benzol liquide ainsi préchauffé-parvient par la conduite
8, dans le four de polymérisation 10 où il reste un certain temps pour per- mettre la formation, à partir de certaines impuretés qu'il renferme, de po- lymérisats à point d'ébullition élevée Le benzol toujours liquide parvient ensuite, à une température d'environ 210 , par la conduite 12, dans la co- lonne de vaporisation 14.
Cette colonne de vaporisation14 présente, dans la forme de réalisation qui est représentée ici, trois étages 15, 16 et 17 constitués chacun par une colonne de corps de remplissage 18, par un dispo- sitif répartiteur 19 pour le benzol liquide, par un dispositif 20 recueil- lant le résidu liquide et par un dispositif de réchauffage 21 ou 22 pour ledit résidu liquide..Le benzol liquide est réparti le plus uniformément possible par le dispositif répartiteur 19 sur la colonne 18 de corps de remplissage, et il vient alors au contact avec-le gaz hydrogéné délivré au pied de la colonne par la conduite 23.
Le gaz hydrogéné s'enrichit alors en vapeurs de benzol de sorte que, par suite du déga.gement de chaleur dû à la vaporisation partielle du benzol, la température du résidu liquide se rassemblant sur le fond intermédiaire 20 tombe d'environ 210 à 130 environ.
Dans le premier étage on vaporise environ 60 % du benzol liquide délivré.
Le résidu qui se rassemble' sur le premier fond intermédiaire 20 parvient, par la conduite 24, dans le réchauffeur 21 dans lequel la tempéra- ture du benzol liquide est amenée à nouveau, sans vaporisation, à la valeur initiale de 2100 environ.
Le benzol liquide parvient alors, par la condui- te 25, à nouveau-dans le dispositif répartiteur de l'étage immédiatement in- férieur où il se produit une'autre vaporisation du benzolo Le résidu liqui- de se rassemblant dans l'étage 16, et dont la température a de.nouveau été abaissée à 130 environ, s'écoule à travers le.dispositif de chauffage 22 et est à nouveau, après avoir été amené à une température de 210 environ, délivré au dispositif répartiteur de l'étage immédiatement inférieur. On ajoute continuellement et en petites quantités, par la conduite 13, de l'hui- le de lavage au résidu réchauffé dans le réchauffeur 22.
Sur le fond du va- poriseur 14, il se dépose finalement un liquide résiduel qui renferme , à côté d'une minime quantité de benzol, la majeure partie des polymérisats provenant du benzol ou du gaz de four à coke.Ce résidu est soutiré par la conduite 26 et peut être alors soumis à un traitement approprié permettant
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d* obtenir le benzol résiduel,,
Le gaz hydrogéné délivré par la conduite 23 à une température de 1800 environ est formé de deux.fractions.
La fraction principale est du gaz de retour qui est à nouveau libéré après la condensation du benzol purifié dans le four de catalyse, et qui, après avoir été amené dans un compresseur intermédiaire 27 à la pleine pression de fonctionnement et après avoir été chauffé à 210 environ dans l'échangeur de éhaleur 28, est introduit par la conduite 30 dans la conduite 23. On délivre en outre à la conduite 23 du gaz hydrogéné frais, par exemple du gaz de four à coke frais qui parvient par la conduite 31 dans le compresseur 32 où il se trouve comprimé à la pression de fonctionnement' ce qui fait que sa température s'élève à 120 environ, et il est alors mélangé au gaz de retour par l'intermédiaire de la
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conduite 34 contrôlée par la soupape 33.
Il est important que le gaz de four à coke frais ne soit pas chauffé supplémentairement, car autrement il pour- rait se produire des dépôts dans les tubulureso
Les températures du gaz frais etdugaz deretouret leurs proportions sont réglées de manière que le gaz mixte affluant au vaporiseur 14 par la conduite 23 présente la température indiquée de 1800 environ.
Le gaz hydrogéné chargé de vapeurs de benzol sort par la -conduite
35 du vaporiseur 14 et parvient dans l'échangeur de chaleur 36 où il est a- mené à une température de 320 environ par échange de chaleur avec le mélan- ge de vapeurs de benzol et d'hydrogène provenant du four de catalyse 38 à une température de 350 environ. Le mélange de gaz et de vapeurs' pénètre dans le four de catalyse 38 à cette température de 320 environ. Après avoir traversé le four de catalyse dans lequel la température du mélange de gaz et de vapeurs se trouve portée à 350 environ par suite de la réaction exo- thermique, le gaz s'écoule par la conduite 39, l'échangeur de chaleur 36, le réchauffeur 6, et il parvient, par la conduite 40, au condenseur 41 dans lequel les constituants condensables, en particulier le benzol, sont liqué- fiés.
Le produit liquide parvient dans le récipient collecteur 42 d'où il peut être soutiré par la conduite 43. Le gaz hydrogéné est soutiré par la conduite 44. Une partie dudit gaz est à nouveau envoyée dans la conduite de gaz principale en se détendant par la conduite 45 tandis que la majeure pàrtie revient à nouveau par la conduite 46 dans le circuit allant au vapo- ri seur .
L'éohangeur de chaleur 28 ainsi que les deux réchauffeurs 21 et 22 peuvent,par exemple, être alimentés en chaleur par une installation de chauffage 47 travaillant à la vapeur. Il est toutefois-également-possible - d'utiliser pour ces dispositifs d'autres modes de chauffage.
L'exemple d'utilisation exposé pour illustrer l'invention se rap- porte en premier lieu à l'utilisation d'un gaz hydrogéné qui renferme des constituants gommeux ou des constituants polymérisables quelconques, par exemple à l'utilisation de gaz de,four à coke. Dans un cas de ce genre, il est indispensable que le gaz n'atteigne pas, avant son entrée dans le vapo- riseur, ni dans le vaporiseur lui-même, des températures supérieures à 230 environ, car autrement les constituants gommeux et les constituants polymé- risables quelconques Contenus dans le gaz pourraient donner lieu à des pré- cipités et des incrustations.
Dans ce cas, comme décrit, on extrait totale- ment ou en partie du vaporiseur le résidu liquide provenant de chaque étage et, tout en empêchant le vaporisage du benzol dans l'échangeur de chaleur indirecte, on le chauffe à nouveau, et compense à nouveau de ce fait la ohu- te de température produite dans le vaporiseur proprement dit par la vapori- sation du benzol.
Si l'on utilise toutefois comme gaz frais pour le raffinage sous pression un gaz hydrogéné relativement pur, le réchauffage du résidu liqui- de provenant de chaque étage de vaporisation n'est pas alors à lier à l'ex- traction de ce résidu du vaporiseur et au réchauffage dans un échangeur de chaleur indirecte. Bien plus, oh peut aussi, dans ce cas, extraire totale- -ment ou partiellement de chaque étage ou seulement d'étages individuels le gaz hydrogéné chargé de vapeurs de benzol, le chauffer à des températu- res telles et l'introduire alors à nouveau dans l'étage immédiatement supé- rieur, de manière à disposer ainsi dans le vaporiseur de la chaleur néces- saire pour vaporiser en cet endroit d'autres quantités de benzol.
La température à laquelle doit être amené le gaz hydrogéné dépend alors de la puissance de la vaporisation qui doit être exécutée dans l'éta- ge qui suit immédiatement.
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Le cas échéant, on peut aussi amener dans la vaporiseur la quan- tité de chaleur nécessaire pour la vaporisation du benzol, en partie par chauffage du résidu liquide et en partie par réchauffage du gaz hydrogéné.