procédés et unités de raffinage procédé de distillation 5-1

Information Amont-Aval-Transport
PROCÉDÉS ET UNITÉS DE RAFFINAGE
PROCÉDÉ DE DISTILLATION
Ingénieurs en
Sécurité Industrielle
B5
VOLATILITÉ : TENSION DE VAPEUR ET TEMPÉRATURE D’ÉBULLITION..................................... 1
FLASH D'UN MÉLANGE D'HYDROCARBURES ................................................................................ 2
PRINCIPE DE LA DISTILLATION ....................................................................................................... 3
MISE EN ŒUVRE INDUSTRIELLE DE LA DISTILLATION ................................................................ 4
PLANCHES
n°1
n°2
n°3
n°4
n°5
n°6
Courbe de tension de vapeur de quelques hydrocarbures........................................................ 5
Mise en œuvre d'une séparation liquide-vapeur........................................................................ 6
Boucle de régulation .................................................................................................................. 7
Mise en place du contre-courant liquide-vapeur........................................................................ 8
Contact liquide vapeur............................................................................................................... 9
Dépropaniseur - Schéma simplifié........................................................................................... 10
DT BIN - 00006_D_F - Rév. 9
Ce document comporte 11 pages
 2006 ENSPM Formation Industrie - IFP Training
05/04/2006
-1
1
B 5 -1
VOLATILITÉ
— Tension de vapeur et température d’ébullition —
•
La DISTILLATION ainsi que l'ABSORPTION et le STRIPPING sont des procédés de séparation très utilisés qui
sont capables de différencier les constituants d'un mélange par leur VOLATILITÉ.
•
Les différences de volatilité entre les différents composants d'un mélange sont souvent repérées par les écarts
existant entre leurs températures d'ébullition ou leurs tensions de vapeur. Ces caractéristiques apparaissent
sur les COURBES DE TENSION DE VAPEUR des corps purs.
•
Les courbes de tension de vapeur tracées dans un graphique pression-température situent l'état physique du
corps pur en fonction des conditions dans lesquelles il se trouve.
Pression (bar)
Courbe de
tension
de vapeur
ÉTAT
LIQUIDE
P
1,013 bar
(pression
atmosphérique
normale)
•
Température (°C)
Température
d' ébullition
normale
D TH 021 A
ÉTAT GAZEUX
ou
VAPEUR
Température
d'ébullition
Elles permettent donc de déterminer, à pression fixe, la température de passage de l'état liquide à l'état gazeux.
Celle-ci est appelée température d'ébullition.
Sous la pression normale de 1,013 bar on parle de température d'ébullition normale. La Planche n°1 en
annexe permet de retrouver les températures d'ébullition normales des premiers hydrocarbures.
•
Les courbes de tension de vapeur fournissent également dans une situation de stockage avec coexistence des
phases liquide et vapeur la pression correspondant à la température.
=
P
BALLON
tension
de vapeur
du liquide
Pression
V
P
t
L
phase liquide
Liquide
Vapeur
t
température (°C)
•
D TH 022 A
phase
vapeur
ou gazeuse
Cette pression est appelée tension de vapeur — elle dépend de la nature du produit liquide et de la
température.
00006_D_F
 2006 ENSPM Formation Industrie - IFP Training
2
B 5 -1
FLASH D’UN MÉLANGE D’HYDROCARBURES
•
La mise en évidence des différences de volatilité apparaît au cours d'un FLASH ou séparation liquide-vapeur
réalisé en continu (Planche n°2).
P
Échangeur
de chaleur
Vapeur
Ballon
séparateur
T
Pompe
Liquide
La séparation par flash d'un mélange d'hydrocarbures conduit au résultat suivant.
0
Vapeur
TOTAL
100
TOTAL
33,0
10
Vapeur
20
C3
30
33
44
50
78,7 °C
C4
60
Liquide
70
débit
t/j
Liquide
C2
C3
C4
C5
1,1
16,7
47,5
1,7
TOTAL
67,0
80
90
C5
100
D PCD 386 A
C4
C5
3
30
65
2
1,9
13,3
17,5
0,3
17
bar
débit
t/j
C2
C3
C2
C3
C4
C5
C2
Vapeur
débit
t/j
Liquide
•
D PCD 031 A
Mélange
d'alimentation
t/j
•
Elle fait apparaître la hiérarchie des volatilités.
Les constituants les plus volatils ou légers sont ceux qui se dirigent de préférence dans la phase gazeuse. Ils
ont des basses températures d'ébullition et des tensions de vapeur élevées.
Les constituants les moins volatils ou lourds préfèrent, au contraire, la phase liquide. Ils ont de hautes
températures d'ébullition et des faibles tensions de vapeur
•
La mise en œuvre industrielle d'un tel procédé de flash en continu exige la mise en place d'instruments de
mesure et de régulation pour suivre et contrôler automatiquement l'installation. La Planche n°3 illustre cet
aspect.
00006_D_F
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3
B 5 -1
PRINCIPE DE LA DISTILLATION
•
La DISTILLATION permet d'amplifier la séparation précédente en réalisant
-
une circulation à contre courant de deux phases liquide et vapeur à l'intérieur d'une colonne ou tour de
distillation
-
des contacts entre les phases liquide et vapeur grâce à des plateaux ou des garnissages. À chaque contact
la vapeur s'enrichit en constituants légers et le liquide se concentre en produits lourds
•
Le résultat obtenu est une séparation beaucoup plus fine du mélange. Le produit de tête ou distillat contient
les constituants légers, le produit de fond ou résidu, les constituants lourds.
•
Appliquée au mélange précédent on obtient par exemple le résultat suivant.
TOTAL 100
TOTAL
33
0
C2
10
Distillat
20
C3
Distillat
3
29
1
-
30
33
Liquide
40
COLONNE ou
TOUR DE
DISTILLATION
50
Plateaux
60
Résidu
70
C4
80
Vapeur
90
Débit
t/j
Produit
de fond
ou résidu
C2
C3
C4
C5
1
64
2
TOTAL
67
C5
100
t/j
00006_D_F
 2006 ENSPM Formation Industrie - IFP Training
D PCD 032 A
3
30
65
2
C2
C3
C4
C5
Résidue
C2
C3
C4
C5
Débit
t/j
;;;
;;;
;;;
;;;
;y
17
bar
Charge
Débit
t/j
Produit
de tête
ou distillat
4
MISE EN ŒUVRE INDUSTRIELLE DE LA DISTILLATION
•
La mise en place du contre courant liquide-vapeur fait apparaître la nécessité :
-
d'un CONDENSEUR pour amorcer dans la colonne le flux liquide par l'intermédiaire du reflux
externe injecté en tête
-
d'un REBOUILLEUR pour initier le FLUX VAPEUR par vaporisation partielle du liquide de fond de
tour.
L'alimentation partiellement vaporisée participe également à la constitution de ces deux flux en
s'intégrant à un niveau intermédiaire dans la colonne (Planche n°4)
•
•
Le contact liquide-vapeur est obtenu par 2 moyens principaux (planche n°5) :
-
sur des PLATEAUX où le flux vapeur est distribué par des clapets dans une couche de liquide
coulant horizontalement
-
par des GARNISSAGES sur les légers le liquide coule sur les anneaux ou les selles en formant un
film qui est léché par la vapeur ascendante
Les conditions opératoires d'une colonne industrielle — un dépropaniseur — apparaissent sur la planche n°6 :
-
la pression de fonctionnement est fixée par les conditions opératoires qui règnent au ballon de
reflux : c'est la tension de vapeur du produit de tête liquide. Elle est ensuite sensiblement
constante dans la colonne
-
les températures dans la tour sont les températures d'ébullition des produits qui circulent :
•
la température de tête est la plus basse correspondant aux constituants légers obtenus
au sommet
•
la température de fond est la plus élevée correspondant aux constituants lourds obtenus
en fond
L'évolution des températures dans la colonne est, en fait, le reflet des changements de composition
qui se produisent de plateau à plateau
-
le débit de reflux externe réinjecté en tête de colonne et la quantité d'énergie thermique
dépensée au rebouilleur sont en relation avec la qualité de la séparation recherchée
00006_D_F
 2006 ENSPM Formation Industrie - IFP Training
B 5 -1
-150
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
ne
60
is
70
u
oB
e
80
ta n
n-H
e
n
p ta
e
4
5
6
9
8
7
10
15
00006_D_F
 2006 ENSPM Formation Industrie - IFP Training
D PPC 010 A
-200
0,1
0,2
90
100
110
120 130 140
0,4
0,4
150
160 170 180 190
Température (°C)
0,5
0,5
200
0,1
0,2
0,3
0,6
0,6
0,3
0,9
0,8
0,7
1
0,9
0,8
0,7
COURBES DE TENSION DE VAPEUR
DE QUELQUES HYDROCARBURES
(Origine équation d'Antoine)
e
tan
u
B
nne
e
tan
n ta
n
e
e
P
n-P
is o
ne
xa
e
n-H
2
-140 -130 -120 -110
P
a
ro p
20
30
40
50
200
2
-190 -180 -170 -160
P
e
lèn
y
rop
100
3
1
10
0
3
4
5
6
9
8
7
15
20
30
40
Pression (Atm)
ane
Mé
th
50
-100
e
lèn
Eth
y
ne
Et
ha
-200
5
B 5 -1
—Planche n°1 —
6
B 5 -1
MISE EN ŒUVRE
D'UNE SÉPARATION LIQUIDE-VAPEUR
— Planche n°2 —
20 °C
100 t
/h
pe
Pom
ur
Mote
e C3 40
Propan
60
C
Butane 4
100
TOTAL
e
Charg
Fluide
t/h
chaud
ÉCH
ANG
EUR
ide
Liqu
u
Vape
Fluide
r
t/h
45 t/h
froid
r
16 ba
e
Liquid
eur
+ vap
25
e C3
n
a
p
o
Pr
20
C4
e
n
a
But
45
L
TOTA
LON
BAL EUR
A
R T
SÉPA
80 °C
t/h
ide
Liqu
00006_D_F
 2006 ENSPM Formation Industrie - IFP Training
D MEQ 127 A
55 t/h
15
e C3
n
a
p
o
Pr
40
C4
e
n
a
But
55
L
A
T
O
T
7
B 5 -1
INSTRUMENTATION - RÉGULATION
— Planche n°3 —
Vapeur
mesure
du niveau
Charge
SALLE DE CONTRÔLE
Mesure
VARIABLE
REGLÉE
le niveau
du ballon
LRC
REGULATEUR ET
ENREGISTREUR DE
NIVEAU
TRANSMETTEUR
DE LA MESURE
CONSIGNE
DE NIVEAU
par
l'opérateur
Action du REGULATEUR
VANNE
AUTOMATIQUE
VARIABLE
REGLANTE
Liquide
le débit
du liquide
BOUCLE DE RÉGULATION
F
L
P
T
A
1ère lettre
2ème lettre
débit
niveau
pression
température
analyseur
C régulateur
I indicateur
R enregistreur
3ème lettre
C régulateur
IDENTIFICATION DES INSTRUMENTS
PI
TI
TI
FIC
Vapeur
PRC
Charge
LRC
TRC
Liquide
MISE EN ŒUVRE DE LA RÉGULATION
00006_D_F
 2006 ENSPM Formation Industrie - IFP Training
D PCD 387 A
TI
8
B 5 -1
MISE EN PLACE
du contre-courant LIQUIDE-VAPEUR
— Planche n°4 —
Reflux externe vapeur
+ distillat vapeur
Vapeur de TÊTE
LIGNE DE
TÊTE
Fluide
réfrigérant
Reflux externe
CONDENSEUR
Liquide
Condensation
du reflux externe
Reflux
interne
BALLON DE
REFLUX
Distillat ou produit de TÊTE
Charge
Flux
vapeur
Insertion de la charge
partiellement vaporisée
dans la circulation
du liquide et de la vapeur
Reflux interne
REBOUILLEUR
Vapeur générée
au REBOUILLEUR
Liquide de
FOND DE COLONNE
Résidu
ou produit de fond
00006_D_F
 2006 ENSPM Formation Industrie - IFP Training
D PCD 038 B
Fluide de
chauffage
Vaporisation
partielle
9
B 5 -1
CONTACT LIQUIDE-VAPEUR
— Planche n°5 —
— PLATEAUX —
Plateaux à 1 passe
Déversoir
VAPEUR
Aire de passage
de la vapeur
Barrage
LIQUIDE
Clapets
∅=h
— GARNISSAGES —
h
Ø=h
h
Liquide
Lits de
garnissage
Anneau Pall
Anneau Raschig
Selle de Berl
00006_D_F
 2006 ENSPM Formation Industrie - IFP Training
D MEQ 129 B
Vapeur
10
B 5 -1
LA SÉPARATION DES COUPES PÉTROLIÈRES PAR DISTILLATION
— Principe du procédé —
— Planche n°6 —
52
Température (°C)
Pression (bar)
17,3
Débit (t/h)
de tête
Vapeur
NNE
COLO
COND
UR
ENSE
liquide
36
ON
BALL
DE
UX
REFL
Cha
Prop
ane
17
e de
Fluid tion
éra
réfrig
rge
- Bu
50
tane
e
Pomp
79
x
Reflu
ANE
PROP
35
e+
Liquid
uit d
Prod
e de
Fluid fage
auf
réch
r
vapeu
17,6
e
e t êt
9
n
le d'u
p
m
e
Ex aniseur
p
dépro
r
Moteu
UR
UILLE
REBO
de
Liqui
105
d
e fon
uit d
Prod
27
00006_D_F
 2006 ENSPM Formation Industrie - IFP Training
D MEQ 131 A
ANE
BUT