Procédé de préparation du paraxylène
L'invention se rapporte à la préparation de paraxylène par remploi conjoint de la cristallisation, de techniques d'isomérisation et de fractionnement.
Le paraxylène est un produit chimique dont l'im- portance commerciale croît car il est utilisé, par exemple, comme précurseur de l'acide téréphtalique, un des constituants des fibres et des résines polyester.
On a séparé, dans le passé, le paraxylène par cristallisation à partir de divers produits de raffinage contenant des hydrocarbures aromatiques en C8. Plus récemment, on a obtenu le paraxylène par une technique de cristallisation semblable, suivie d'une isomé- risation du produit sortant du cristallisoir pour l'en- richir en paraxylène. Ce procédé est décrit dans Petroleum Refiner s. août 1958, page 208.
Le procédé continu de préparation du paraxylène selon la présente invention est caractérisé en ce que l'on sépare par cristallisation le paraxylène d'avec un mélange consistant principalement en hydrocar- bures aromatiques, ledit mélange contenant du paraxylène et au moins un autre isomère du xylène, soumet le résidu dudit mélange d'hydrocarbures aro- matiques à une isomérisation pour produire un second mélange d'un isomérisat enrichi en paraxylène, d'une fraction plus légère que C8 et d'une fraction plus lourde que C8, introduit ledit mélange dans une première zone de fractionnement, soutire la fraction plus lourde que C8 du bas de ladite première zone de fractionnement,
enlève ladite fraction plus légère que C8 et ledit isomérisat, comme produits de tte, de ladite première zone de fractionnement, introduit ladite fraction plus légère que C8 et ledit isomérisat dans une seconde zone de fractionnement, enlève ladite fraction plus légère que C8, comme produit de tte, de ladite seconde zone de fractionnement et ledit isomérat du bas de ladite seconde zone de fractionnement, mélange ledit isomérisat avec une charge frai- che d'hydrocarbures aromatiques pour former un mélange consistant principalement en hydrocarbures aromatiques et répète la suite d'opérations.
De préférence, on vaporise partiellement par dé- tente ledit second mélange avant de l'introduire dans la première zone de fractionnement.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du procédé selon l'invention. Dans cette forme d'exécution, on introduit un courant d'hydrocarbures aromatiques en C8, provenant par exemple d'une raffinerie, dans une zone de cristallisation 13, par une canalisation 11, avec un isomérat (décrit ciaprès) remis dans le cycle par la canalisation 12. On retire le paraxylène cristallisé de la zone 13 via le conduit 14 par centrifugation par exemple. Le résidu du courant d'hydrocarbures aromatiques est envoyé avec de l'hydrogène du conduit 16 via le conduit 15 au préchauffeur 17 et de là via le conduit 18 à l'iso- mérisateur 19. L'isomérisat brut sortant coule par le conduit 21 à travers l'échangeur de chaleur 22 dans le séparateur liquide-gaz 23.
On remet dans le cycle le gaz hydrogène via le conduit 24 avec un complément d'hydrogène introduit par le conduit 25. L'iso- mérisat brut sortant, contenant une fraction plus lé- gère que C8, un isomérisat enrichi en paraxylène et une fraction plus lourde que C8, coule via le conduit 26 à la chambre de vaporisation par détente 27 où une partie de l'isomérisat brut est vaporisé par dé- tente, puis le liquide et la vapeur sont amenés via le conduit 28 à une première zone de fractionnement 31. Les queues lourdes du produitd'isomérisationbrut sont retirées de la première zone de fractionnement 31 comme produits de queue dans le conduit 32.
Un courant de vapeur de tte contenant les isomères en C8 et les corps plus légers que C8, quitte la première zone de fractionnement 31 par le conduit 33 et alimente la seconde zone de fractionnement 34. Les corps plus légers que C8 sont retirés comme produits de tte de la seconde zone de fractionnement 34 via le conduit 35. L'isomérisat renvoyé dans le cycle est soutiré de la zone de fractionnement 34 via le conduit 12 et combiné avec une charge d'alimentation fraîche.
Le procédé selon la présente invention permet d'opérer de facon plus économique que jusqu'ici.
Dans les procédés antérieurs, par exemple, on vaprisait partiellement le produit sortant de l'isomé- risateur comme décrit ci-dessus et l'introduisait dans une première zone de fractionnement de laquelle on enlevait les corps lourds et l'isomérisat comme produits de queue et les aromatiques légers comme produits de tete. Ceci nécessitait la vaporisation des queues de la première zone de fractionnement pour les introduire dans une seconde zone de fractionnement de laquelle l'isomérisat remis dans le cycle était enlevé comme produit de tte et les corps lourds comme produits de queue.
Le procédé selon l'inven- tion présente l'avantage marqué de nécessiter beaucoup moins de chaleur de vaporisation que les procédés antérieurs, ce qui constitue un avantage économique évident.
Dans les exemples non limitatifs suivants les parties et les pourcentages sont, sauf indication contraire, en poids.
Exemple 1 :
On combine environ 100 parties de charge frai- che composée d'environ 23 l /o d'éthylbenzène, 17 10/o de paraxylène, 37 /o de métaxylène, 23 oxo d'orthoxy- lène, avec environ 500 parties d'isomérisat remis dans le cycle, composé d'environ 17 0/o d'éthylbenzène,
17 O/o de paraxylène, 3 8 O/o de métaxylene, 26'/o d'orthoxylène (le reste étant des impuretés bouillant plus bas ou plus haut).
On envoie le mélange résul- tant dans une zone de cristallisation et de séparation dans laquelle les cristaux de paraxylène formés par refroidissement à environ-700 C sont séparés par centrifugation. On extrait environ 50-60 parties de cristaux de paraxylène.
On combine la liqueur mère avec de l'hydrogène (environ 450 parties), la préchauffe et la fait couler à travers une zone d'isomérisation à environ 4600 C et sous une pression manométrique d'environ
13,4 kg/cm2. On isomérie ainsi le mélange appauvri en paraxylène et l'on obtient un produit brut sortant de l'isomérisateur et contenant un isomérisat enrichi en paraxylène, une fraction plus lourde que C8 et une fraction plus légère que C8. On fait passer le produit brut, sortant de l'isomérisateur, avec un excès d'hydrogène, à travers un séparateur liquide-gaz dans lequel l'hydrogène se dégage pour rentrer dans le cycle.
On vaporise partiellement par détente à environ 40O C et sous environ 11, 95 kg/cm2 de pression manométrique le produit brut, sortant de l'isomérisateur, qui comprend environ 15'0/o d'éthylbenzène, 16 /o de paraxylène, 35"/o de métaxylène, 24 /o d'ortho- xylène, 7 /0 de plus légers que C8 et 3 /o de plus lourds que C8. On envoie le mélange vapeur-liquide dans la première zone de fractionnement dont on soutire comme queues à 2030 C et 2,18 kg/cm2 de pression manométrique, approximativement 10-15 parties d'une fraction plus lourde que C8.
On retire la fraction plus légère que C8 et l'isomérisat enrichi en paraxylène de la première zone de fractionnement comme produits de tte à 175 C et 1,76 kg/cm2 de pression manométrique pour alimenter une seconde zone de fractionnement dont on extrait approximati- vement 35-45 parties d'une fraction plus légère que
C8 comme produit de tte à 118 C et 1, 12 kg/cm2 de pression manométrique et l'on obtient approximativement 500 parties d'isomérisat enrichi en paraxylène, comme produit de queue à 171 C et 1,41 kg/cmB de pression manométrique,
qui sont remises dans le cycle pour tre combinées avec une nouvelle charge.
Dans cette suite d'opérations la dépense totale de chaleur dans la première et la seconde zone de fractionnement, est d'environ 360 parties de vapeur pour 100 parties de produit brut sortant de l'isoméra- teur.
Exemple comparatif
Le procédé de 1'exemple 1 est répété sauf que l'on enlève dans la première zone de fractionnement les 35-45 parties de la fraction plus légère que C8 comme tte, et que l'on enlève comme queue de ladite zone, la fraction plus lourde que C8 et l'isomé- risat enrichi en paraxylène qui sont envoyés à la seconde zone de fractionnement. On retire de la seconde zone de fractionnement comme queue approximativement 10-15 parties de la fraction plus lourde que C8 et comme tte approxinmativement 500 parties d'isomérisat enrichi en paraxylène que l'on remet dans le cycle et combine avec la nouvelle charge.
Dans ce mode d'opération la dépense de chaleur dans la première et la seconde zone de fractionnement est d'environ 550 parties de vapeur pour 100 parties de produit brut sortant de l'isomérateur.
Une comparaison entre la dépense de chaleur dans l'exemple 1 et dans 1'exemple comparatif, montre l'avantage de la présente invention. Il est à noter que la dépense de chaleur dans l'exemple comparatif est plus de 150 ouzo de celle de la présente invention.
Le procédé selon l'invention est donc plus économique et plus avantageux que les procédés antérieurs.
La charge fraîche de xylène a généralement la composition suivante :
Ethylbenzène.... 0-30 /0
Orthoxylène..... 15-350/o
Paraxylène.... 12-25 y.
Métaxylène..... 25-50 ouzo
Autres hydrocarbures.. trace-2 /o
On effectue généralement la cristallisation à une température comprise entre + 5 et-740 C, et l'on peut utiliser tout moyen échangeur de chaleur approprié tel que contact interne ou direct avec un réfrigé- rant comme l'éthylène, ou contact indirect avec le réfrigérant. On peut employer des racloirs pour enlever ou détacher les cristaux ou les matières solides des surfaces échangeuses de chaleur. Le refroidissement et la séparation peuvent tre effectués en un ou plusieurs stades.
Pour séparer les solides on peut utiliser tout moyen approprié tel que filtre, centrifugeuse ou panier centrifugeur.
On effectue l'isomérisation généralement entre 425 et 5000 C, à une pression manométrique de 10,55 à 17,9 kg/cm2, en utilisant de préférence 0 à 10 volumes d'hydrogène par volume de vapeur d'hy- drocarbure.
L'isomérisat, après séparation de l'hydrogène, a généralement la composition suivante :
Ethylbenzène.... 0, 30 /.
Orthoxylène..... 15-25 /o
Paraxylène..... 16-19 /o
Métaxylène... 25-50' /o
Plus lourd que C8... 2-5"Vo
Plus léger que C8.2-10'0/o
L'isomérat raffiné a généralement la composition suivante :
Ethylbenzène.... 0, 30o/o
Orthoxylène.... 15-25 /o
Paraxylène..... 16-20 b/o
Métaxylène..... 25-50o/o
Autres hydrocarbures. jusqu'à 1,5 O/o
Les colonnes de fractionnement fonctionnent aux températures et pressions efficaces pour réaliser la séparation désirée décrite ci-dessus.
Généralement, la tte de la première colonne de fractionnement est à une température comprise entre 60 et 1800 C et à une pression de 0,14 kg/cm2 absolu à 2,8 kg/cm2 au manomètre et la queue entre 150 et 2100 C et à une pression de 0,84 à 3,5 kg/cm2 au manomètre. La tte de la seconde colonne de fractionnement est habituellement à une température comprise entre environ 45 et 145 C et à une pression manométrique de 0,14 à 1,75 lcg/cm2 et la queue à une température comprise entre 110 et 180o C et à une pression de 0,49 kg/cm2 absolu à 2,11 kg/cm2 au manomètre.