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 2006 ENSPM Formation Industrie - IFP Training 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