Variables de Fonctionnement Des Colonnes à Soutirages Multiples

DT STM - 00829_B_F - Rév. 2 29/06/2004

Raffinage-Pétrochimie-Chimie-Ingénierie———

GÉNIE CHIMIQUE APPLIQUÉRaffinage - Pétrochimie - Chimie Lourde

VARIABLES DE FONCTIONNEMENTDES COLONNES À SOUTIRAGES MULTIPLES

I - POINTS DE COUPE DES PRODUITS DANS LES COLONNESÀ SOUTIRAGES MULTIPLES................................................................................................... 1

1 - Représentation d’une charge complexe ..................................................................................................... 12 - Définition des points de coupe ................................................................................................................... 23 - Points de coupe et caractéristiques des produits ....................................................................................... 3

II - POINTS DE COUPE ET SYSTÈMES DE RÉGULATION ......................................................... 4

1 - Débit de coupe de tête : point de coupe essence de tête-kérosène .......................................................... 42 - Débit de soutirages latéraux : points de coupe essence-kérosène, kérosène-gazole léger,

gazole léger, gazole lourd et gazole lourd résidu atmosphérique .............................................................. 83 - Débit de résidu atmosphérique - Bilan matière global ................................................................................ 8

III - MODIFICATION DES POINTS DE COUPE DES PRODUITS .................................................. 9

1 - Modification de la consigne d'un régulateur fixant le débit de coupe de tête ............................................. 92 - Modification de la consigne d'un régulateur de débit d'un soutirage latéral ............................................. 10

IV - CHANGEMENT D'UN SEUL POINT DE COUPE ................................................................... 12

1 - Changement de point de coupe entre essence et kérosène .................................................................... 122 - Changement de point de coupe entre deux soutirages latéraux .............................................................. 13

V - PARAMÈTRES DÉTERMINANT LE POUVOIR DE SÉPARATIONDANS LES DIFFÉRENTES ZONES DE LA COLONNE ......................................................... 15

1 - Séparations réalisées dans les colonnes à soutirages multiples.............................................................. 152 - Contrôle de séparations............................................................................................................................ 163 - Trafics liquide-vapeur dans une colonne de distillation atmosphérique ................................................... 174 - Variation des trafics liquide-vapeur .......................................................................................................... 175 - Variables d’action sur le pouvoir de séparation ........................................................................................ 196 - Modification de la température d’entrée du brut dans la colonne ............................................................. 207 - Modification des débits de chaleur extraits par les reflux circulants ......................................................... 218 - Cas de réglage du pouvoir de séparation dans une colonne de distillation

à soutirages multiples ............................................................................................................................... 24

VI - PRESSION DE FONCTIONNEMENT ..................................................................................... 27

VII - CARACTÉRISTIQUES DES BRUTS TRAITÉS ...................................................................... 28

En annexe :

Planche n°1 : Distillation atmosphériquePlanche n°2 : Distillaion sous-videPlanche n°3 : Colonne de fractionnement principal de FCC

2004 ENSPM Formation Industrie - IFP Training

00829_B_F © 200�4 ENSPM Formation Industrie - IFP Training

1

I - POINTS DE COUPE DES PRODUITS DANS LES COLONNES À SOUTIRAGESMULTIPLES

1 - REPRÉSENTATION D’UNE CHARGE COMPLEXE

Toutes les raffineries modernes comportent plusieurs colonnes de distillation à soutirages multiples.Celles-ci traitent des charges variées qui peuvent être :

- des pétroles bruts purs ou en mélange dans les colonnes de distillation atmosphérique

- des résidus de distillation atmosphérique dans des colonnes de distillation sous-vide

- des mélanges complexes d'hydrocarbures effluents de traitements de conversion commele craquage catalytique, l'hydrocraquage, la viscoréduction qui sont séparés dans descolonnes de fractionnement s'apparentant plus ou moins nettement soit à la distillationatmosphérique, soit à la distillation sous-vide

Les pétroles bruts sont constitués d'un très grand nombre de constituants dont l'identification n'estpossible que pour les fractions les plus volatiles.

Si, en effet, les hydrocarbures légers, de C1 à C5 environ peuvent être repérés facilement par uneanalyse chromatographique, il n'en n'est plus de même pour des hydrocarbures plus lourds.

C1 C2C3 C4

C5

hydrocarbureslégersidentifiés

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Hydrocarbures

moyens et

lourds repérés par leur

température

d'ébullition

teb °C

100

200

300

400

500

600

700

% massesur brut

D PC

D 20

24 A

La caractérisation de la composition d'un pétrolebrut fait alors appel à la distillation TBP quipermet de repérer les constituants de cettecharge par leur température d'ébullitionnormale. Cette analyse aboutit donc à unecaractérisation du produit traité par lacorrespondance composition - températured'ébullition normale.

Le résultat de l’analyse peut être représenté parune bande rectangulaire figurant la charge àlaquelle on associe des échelles de températured'ébullition et de composition.

Le schéma ci-contre i l lustre cettereprésentation. Les températures d'ébullitionsont croissantes de haut en bas. Les produitsde la distillation vont donc apparaître sur cediagramme de haut en bas par volatilitésdécroissantes.


2

2 - DÉFINITION DES POINTS DE COUPE

Appliquée à la séparation d'un pétrole brut dans une colonne de distillation atmosphérique, lareprésentation précédente permet d'illustrer le bilan matière de l'installation. Par volatilitésdécroissantes, le pétrole brut est en effet partagé en différentes coupes pétrolières par exemple cellesdont la liste est indiquée ci-après :

- gaz + essence ou coupe de tête- kérosène- gazole léger- gazole lourd- résidu atmosphérique

Les rendements obtenus pour chacune de ces coupes peuvent être positionnés dans cet ordre devolatilité sur la bande rectangulaire précédente.

Cela délimite alors entre chaque coupe une frontière théorique représentée par un segmenthorizontal qui définit, dans l'échelle des températures d'ébullition, des températures frontièresappelées températures de point de coupe ou tout simplement points de coupe TBP.

Le schéma ci-dessous illustre cette définition dans le cas du fractionnement précédent et faitapparaître les quatre points de coupe TBP notés t1 à t4 :

- t1 point de coupe entre essence et kérosène se situe habituellement vers 145-185°C

- t2 entre kérosène et gazole léger se situe vers 220-230°C

- t3 entre gazole léger et gazole lourd est de l'ordre de 300°C selon la nature du brut et laqualité recherchée pour la coupe gasoil

- t4 point de coupe entre gazole lourd et résidu traduit l'épuisement obtenu dans ladistillation atmosphérique. Il se situe par exemple vers 360-380°C

teb °C

t1

t2

t3

t4

Rendement encoupe de tête

(gaz + essence)

Rendement résiduatmosphérique

Rendement kérosène

Rendement gazole léger

Rendement gazole lourd BR

UT

Kérosène

Coupe detête

(gaz + essence)

Gazoleléger

Gazolelourd

Résiduatomosphérique

Brut

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

D PC

D 20

25 A


3

3 - POINTS DE COUPE ET CARACTÉRISTIQUES DES PRODUITS

Dans la pratique industrielle, les caractéristiques des charges traitées dans les colonnes de distillationà soutirages multiples sont en général inconnues. En conséquence la connaissance des points decoupe pratiqués fait appel à l'analyse des produits. Les résultats de certains essais normaliséssont en effet très sensibles aux variations de points de coupe et constituent un bon moyen de contrôle.Ces essais peuvent être mis en œuvre sous la forme d'analyseurs en continu qui renseignent trèsrapidement l’opérateur sur les conditions de réglage de l'installation.

- t1 point de coupe entre essence de tête et la coupe kérosène est directement lié aupoint final ou au point 95 % de distillation ASTM de l'essence de tête. Un accroissementdu rendement en coupe de tête conduit ainsi à une valeur de t1 plus élevée et à uneélévation des températures de fin de distillation ASTM

- t2 point de coupe entre kérosène et gazole léger peut être repéré également par ladistillation ASTM mais aussi par les caractéristiques de tenue au froid du kérosène. Latempérature du point de disparition des cristaux (freezing point) est une indication de lafrontière kérosène-gazole léger même si cette caractéristique est également influencée parle point de coupe entre essence et kérosène

- t3 point de coupe entre les deux coupes gazoles, de même que t4 point de coupeentre gazole lourd et résidu atmosphérique sont caractérisés par les points finaux dedistillation ASTM et par les propriétés de tenue au froid : point de trouble particulièrement.Comme le "freezing point" le point de trouble n'est pas influencé uniquement par latempérature du point de coupe la plus élevée mais aussi par la température la plus basse

Il est à signaler également que t4 est en relation avec les caractéristiques du résidu :viscosité et surtout densité.

Les caractéristiques des produits ne dépendent pas uniquement du bilan matière c'est-à-dire despoints de coupe pratiqués. Deux facteurs complémentaires vont influencer la qualité des produits :

- le pouvoir de séparation mis en œuvre dans chaque zone de la colonne de distillation quidétermine les qualités de séparation ou de triage entre chaque coupe. Cela a uneinfluence sur les courbes de distillation ASTM. À rendements constants, c'est-à-dire àpoints de coupe constants on voit qu'un changement du pouvoir de séparation peutmodifier le point final ou le point initial ASTM d'une coupe. Cet effet est toutefoisbeaucoup moins marqué que celui dû aux modifications de bilan matière

- l'efficacité du strippage qui influence la teneur en composés volatils dans les coupessoutirées et modifie leurs points d'éclair ainsi que le début de leur courbe de distillationASTM

En résumé, les points de coupe sont essentiellement caractérisés par les analyses suivantes :

• point de coupe essence-kérosène PF ASTM essence - Point d'éclair kérosène

• point de coupe kérosène-gazole léger PF ASTM kérosène - Freezing point kérosène,tenue au froid gazole léger

• point de coupe gazole léger - gazole lourd PF ASTM gazole léger, tenue au froid gazoleléger, tenue au froid gazole lourd

• point de coupe gazole lourd - résidu PF ASTM gazole lourd, tenue au froid gazolelourd, densité, viscosité résidu


4

II - POINTS DE COUPE ET SYSTÈMES DE RÉGULATION

On sait que, pour une charge donnée, les débits des produits à la sortie de la colonne de distillation fixentles rendements, donc les points de coupe. Ce sont donc finalement les systèmes de régulationdéterminant les débits des produits qui permettent de modifier et d'ajuster les points de coupes pratiqués.

On rencontre différents systèmes de régulation influençant les débits des produits soutirés. Ceux-ci font appelsouvent à des régulations de débit mais aussi à des régulations de température.

Un exemple d'équipement de régulation très utilisé dans les colonnes de distillation atmosphérique estreprésenté sur la planche n°1 en annexe. La planche n°2 présente un exemple de schéma de régulationd’une colonne de distillation sous-vide et la planche n°3 celui d’une colonne de fractionnement deseffluents de la section catalytique d’un FCC.

Quelques exemples de systèmes de régulation utilisés pour les colonnes de distillation atmosphérique sontprésentés ci-après.

1 - DÉBIT DE COUPE DE TÊTE : POINT DE COUPE ESSENCE DE TÊTE-KÉROSÈNE

a - Mise en œuvre d'une régulation de température

La coupe de tête est le produit le plus léger obtenu dans la distillation. Elle sort à l'état vapeur en têtede colonne ou du ballon intermédiaire dans le cas d'un système de condensation à deux étapes. Leprincipe le plus utilisé consiste donc à contrôler la température de rosée de cette coupe ce quidétermine son rendement et donc le point de coupe t1 entre essence et kérosène.

Il existe différentes versions de ce système se traduisant par une position différente du TRC selon laconfiguration de la tête de la colonne. Le TRC est placé en tête de colonne si la condensation est àune étape, sur le ballon de reflux si elle est à deux étapes.

Ce régulateur de température fait varier le débit de reflux interne dans la colonne en agissant soitdirectement sur le reflux externe, soit sur le reflux circulant de tête pour moduler le débit de refluxinduit par ce dernier.

Différents schémas pratiqués dans l’industrie sont représentés ci-après :

• Condensation en une étape - Variable d'action : reflux externe

LRC

FRC

TRC

Eau

COUPEGAZ +

ESSENCE

D PC

D 20

26 E

La température de tête estla température de rosée dela coupe gaz + essencesous la pression partielle deshydrocarbures sortant en têtede colonne.

Elle est maintenue par actionsur le débit de reflux externe.

Une augmentation de laconsigne du TRC :

- réduit le débit de reflux

- accroît le débit et doncle rendement de coupegaz + essence

- augmente le point finalde l’essence


5

• Condensation en une étape - variable d'action : reflux circulant de tête

La température de tête est la température de rosée de la coupe de tête sous sa pression partielle entête de colonne. Le régulateur de la température de tête agit sur le débit de chaleur extrait par le refluxcirculant de tête par l’intermédiaire du bipasse des échangeurs.

LRC

TRC

EauGAZ +

ESSENCE

D PC

D 20

26 B

Une augmentation de la consigne du TRC conduit à :

- l’ouverture de la vanne de bipasse- une réduction de la condensation de reflux induit par le reflux circulant de tête- une augmentation du débit de vapeur de tête et du débit de coupe de tête- un accroissement du point final de l’essence

• Condensation en deux étapes - variable d'action : condenseur de reflux chaud

La température du ballon, faisant l’objet de régulation, est la température de rosée de la coupe detête sous sa pression partielle. Elle est maintenue par action sur le premier condenseur et parl’ajustement du débit de reflux grâce au régulateur de niveau du ballon de reflux.

La température de tête de la colonne n’est plus ici liée directement au point final de l’essence.

TRC

LCLC

EauGAZ +

ESSENCE

D PC

D 20

26 A


6

• Condensation en une étape avec régulation d'une température dans la colonne - variabled'action : reflux circulant de tête

La température régulée n'est pas rigoureusement la température de rosée de la coupe de tête maiselle lui est liée. L'action du TRC agit sur le reflux induit par le reflux circulant par l’intermédiaire dubipasse des réfrigérants du reflux circulant une telle régulation.

LRC

TRC

FRC

Eau

GAZ +ESSENCE

D PC

D 20

26 C

Dans l'examen du fonctionnement de ces systèmes il faut prendre garde au fait qu'à températureconstante régulée par le TRC, le rendement en coupe de tête peut varier légèrement pour deuxraisons principales :

- la température de rosée régulée est une température d'équilibre liquide-vapeur de lacoupe de tête sous la pression partielle des hydrocarbures en tête de colonne ou au ballonintermédiaire. Il y a donc une certaine sensibilité du système aux variations depression partielle des hydrocarbures ou à pression totale constante aux variations depression partielle de vapeur d’eau

- le pouvoir de séparation et donc la qualité de la séparation essence-kérosène estsusceptible de varier ce qui conduit, également à température constante, à des variationsdu rendement

Toutefois, dans la mesure où pressions partielles et pouvoir de séparation ne subissent pas demodifications notables, on peut considérer que la consigne du TRC détermine le rendement encoupe de tête, donc le point de coupe t1 et le point 95 % ASTM (ou point final) de l'essence detête.


7

b - Contrôle direct du point de coupe

Une autre approche du contrôle du point de coupe t1 consiste à fixer directement le débit de coupede tête.

Dans un système de condensation en deux étapes la régulation est mise en œuvre de la manièresuivante :

LDC

LC LC

FRC Eau

GAZ +ESSENCE

D PC

D 20

26 D

FRC

B1 B2

Une augmentation de la consigne du régulateur de débit de la coupe de tête gaz + essence, parexemple, conduit à :

- une baisse de niveau dans le ballon B2

- une diminution de la consigne de débit de reflux de tête de la colonne par le LC de B2

- une montée de niveau dans B1

- l’ouverture de la vanne de bipasse du condenseur de tête pour limiter la condensation dereflux

- un accroissement du flux vapeur vers l’aérocondenseur et en final le rétablissement duniveau de B2

Ce système présente l'avantage de fixer rigoureusement le débit de coupe de tête, il a, par contre,l'inconvénient de ne pas s'adapter à un changement de composition du brut.


8

2 - DÉBIT DE SOUTIRAGES LATÉRAUX : POINTS DE COUPE ESSENCE-KÉROSÈNE,KÉROSÈNE-GAZOLE LÉGER, GAZOLE LÉGER-GAZOLE LOURD ET GAZOLELOURD-RÉSIDU ATMOSPHÉRIQUE

Le schéma type d'un soutirage latéral est représenté ci-dessous. Il consiste à réaliser un soutiragepartiel du reflux interne de la colonne sous contrôle du niveau du stripper latéral. L'apport de liquidenécessaire pour stabiliser ce niveau est déterminé par l'intermédiaire d'un régulateur de débit duproduit liquide en sortie d'unité.

Le liquide non soutiré constitue le reflux interne qui alimente la section inférieure.

LRC Vapeur FRC

PRODUIT

D PC

D 20

27 A

Stripperlatéral

Compte tenu du point de coupe t1 déjà déterminé par le régulateur de température utilisé en tête decolonne, les consignes de débit affichées pour les trois régulateurs de débit fixent les rendements enchacun des produits et donc les valeurs de t2, t3 et t4. Partant de t1, le débit affiché pour la coupekérosène fixe en effet t2, puis la consigne de débit gazole léger détermine t3 et enfin la valeur desdébits de gazole lourd fixe t4.

3 - DÉBIT DE RÉSIDU ATMOSPHÉRIQUE - BILAN MATIÈRE GLOBAL

teb °C

t1

t2

t3

t4

TRC tête

LRCfond de colonne

FRC kérosène

FRC GO léger

FRC GO lourd BR

UT

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 D PC

D 20

25 B

Le bilan matière de l'installation exigeque la somme des débits massiques desproduits soutirés de la colonne soit égaleau débit de brut. On voit en conséquenceque le débit de résidu atmosphériquedoit boucler ce bilan matière puisque tousles autres débi ts sont f ixésrigoureusement ou déterminés par lesrégulations précédentes. La variabled'ajustement permettant de boucler lebilan matière est le niveau de fond decolonne, le régulateur de ce niveau fixantle débit de résidu atmosphérique.

Le bilan matière de la colonneatmosphérique est donc finalement lerésultat de la consigne de 4 régulateurs.

Le schéma ci-contre résume globalementle rôle de ces régulateurs par rapport auxquatre points de coupe t1, t2, t3 et t4.


9

III - MODIFICATION DES POINTS DE COUPE DES PRODUITS

La modification des points de coupe s'obtient par le changement de consigne des régulateurs qui déterminentles débits et donc des rendements des produits. Le schéma précédent montre toutefois que la modification dela consigne d'un régulateur déterminant le débit d’un produit modifie tous les points de coupe à partir duproduit concerné et pour tous les produits plus lourds.

Il est donc logique d'aborder ce problème à partir de la tête de colonne puisqu'une modification de laconsigne du régulateur fixant le débit de coupe de tête a une influence sur tous les autres produits. On peutensuite descendre dans la colonne et analyser les effets d'un changement des débits des différentssoutirages latéraux.

1 - MODIFICATION DE LA CONSIGNE D'UN RÉGULATEUR FIXANT LE DÉBIT DECOUPE DE TÊTE

Une action sur la consigne du régulateur de température de tête TRC modifie bien entendu le débit etle rendement de coupe de tête et le point de coupe t1 entre essence et kérosène.

On examine ici par exemple les conséquences d'une diminution de la consigne du TRC dans le casde la régulation présentée sur la planche n°1 :

- pour parvenir à sa nouvelle consigne le TRC accroît le débit de reflux interne par actionsur le débit reflux externe

- le débit de coupe de tête diminue ce qui se traduit par un abaissement de la températurede point de coupe t1 et par un point final de l'essence plus bas

- les autres produits sont décalés et le schéma ci-après montre que l'abaissement de t1par une seule action sur le TRC conduit à une diminution de t2, t3 et t4

- les débits des soutirages latéraux restent constants mais tous les produits deviennentplus légers : point initial et point final kérosène plus bas ; point final de coupes gazoles plusbas, abaissement des points de disparition des cristaux et de trouble

- augmentation du débit de résidu atmosphérique et donc baisse de sa viscosité et de sadensité

teb °C

t1

t2

t3

t4

TRC tête

RA RA

FRC kérosène

FRC gazole léger

FRC gazole lourd

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100teb °C

t1

t2

t3

t4

TRC tête

FRC kérosène =

FRC gazole léger =

FRC gazole lourd =

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 D PC

D 20

25 C

Point finaldiminue

Allègementde tous les

produits


10

Dans la colonne, les pouvoirs de séparation dans chaque zone restent sensiblement constantspuisque seul le débit de reflux interne augmente. Ce phénomène se traduit par un accroissement dudébit d'“overflash”.

Parallèlement l'allégement des produits conduit à des températures plus basses dans toute lacolonne.

On voit ainsi l’importance d’un changement de consigne du TRC pour tous les produits de lacolonne :

- une baisse de la température de tête conduit à un allégement de tous les produits- une augmentation de température de tête provoque à l’inverse un alourdissement de tous

les produits

b - Cas d'un FRC

Si l'on examine le cas d'une diminution de la consigne du FRC d'essence de tête on voit que l'onaboutit au même résultat que précédemment :

- diminution du débit de coupe de tête- augmentation du débit de reflux externe et ajustement de la première étape de

condensation- baisse des températures de point de coupe t1, t2, t3 et t4- allégement de tous les produits dans la colonne et baisse de toutes les températures- augmentation du débit de reflux interne et de l'overflash- accroissement du débit de résidu atmosphérique

2 - MODIFICATION DE LA CONSIGNE D'UN RÉGULATEUR DE DÉBIT D'UNSOUTIRAGE LATÉRAL

a - Soutirage intermédiaire

Le schéma ci-dessous montre, toutes choses égales par ailleurs, l'effet d'une modification de laconsigne du régulateur de débit de la coupe kérosène.

teb °C

t1

t2

t3

t4

TRC tête

RA RA

FRC kérosène

FRC gazole léger

FRC gazole lourd

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100teb °C

t1

t2

t3

t4

TRC tête =

FRC kérosène

FRC gazole léger =

FRC gazole lourd =

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 D PC

D 20

25 D

Augmentationdu pont final

Alourdissementde tous les produitsà partir du kérosène


11

Il s'agit dans ce cas d'un accroissement du débit de kérosène qui conduit aux conséquencessuivantes :

- pas de modification du point de coupe t1 entre essence de tête et kérosène

- augmentation des températures de points de coupe t2, t3 et t4

- diminution du débit de reflux interne dans la colonne à partir du soutirage kérosène etpar conséquent de l'"overflash" et du résidu atmosphérique

- alourdissement de tous les produits à partir du kérosène se traduisant par uneaugmentation de point initial et surtout de point final ASTM et par une dégradation despropriétés de tenue au froid : point de disparition des cristaux et point de trouble

- augmentation de toutes les températures dans la colonne à partir de la zone desoutirage de la coupe kérosène et en-dessous

b - Dernier soutirage

Si l'action de modification du débit est relative AU DERNIER SOUTIRAGE, on ne change alors que lePOINT DE COUPE entre le dernier soutirage et le résidu atmosphérique.

Un exemple de ce type de réglage est figuré sur le schéma ci-dessous et correspond à une diminutiondu débit de gasoil lourd.

teb °C

t1

t2

t3

t4

TRC tête

RA RA

FRC kérosène

FRC gazole léger

FRC gazole lourd

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100teb °C

t1

t2

t3

t4

TRC tête =

FRC kérosène =

FRC gazole léger =

FRC gazole lourd

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 D PC

D 20

25 E

Diminutiondu pont final

Allègementdes 2 produits

La diminution du débit du dernier soutirage provoque un accroissement du débit de reflux interne etdonc des débits d'"overflash" et de résidu atmosphérique.

La température du point de coupe t4 est abaissé et la coupe gazole lourd plus légère voit son pointfinal diminuer ainsi que son point de trouble. Parallèlement l'allégement du résidu conduit également àune réduction de sa viscosité.

On constate aussi dans la zone concernée une diminution des températures en relation avecl'allégement des produits.


12

IV - CHANGEMENT D'UN SEUL POINT DE COUPE

Dans le cas général, si on veut limiter un réglage au changement d'un seul point de coupe entre deuxproduits, il est nécessaire d'effectuer une double action sur les régulateurs qui déterminent les débitsdes produits adjacents au point de coupe considéré.

Les actions à effectuer sont donc différentes selon le système de régulation des débits des soutirages dontest équipé la colonne. On analyse dans ce qui suit deux changements de point de coupe dans une colonneatmosphérique : le premier entre essence de tête et kérosène, le second entre deux soutirages latéraux.

1 - CHANGEMENT DE POINT DE COUPE ENTRE ESSENCE ET KÉROSÈNE

Par exemple, pour une diminution du point final de l'essence, les actions à effectuer sont lessuivantes :

- baisse de la consigne de température du TRC de tête ou du ballon intermédiaire dans lecas d'un système de condensation à deux étapes

- augmentation de la consigne du régulateur de débit de kérosène

Pour garder constants les points de coupe autres que celui que l'on veut modifier, il est impératif queles deux variations de débit soient égales.

teb °C

t1

t2

t3

t4

TRC tête

RA RA =

FRC kérosène

FRC gazole léger

FRC gazole lourd

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100teb °C

t1

t2

t3

t4

TRC tête

FRC kérosène

FRC gazole léger =

FRC gazole lourd =

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 D PC

D 20

25 F

Diminutiondu point

final essence

Allégementdes 2 produits

Dans le cas envisagé l'accroissement du débit de la coupe kérosène compense exactement ladiminution du débit d’essence.


13

L'évolution des conditions de fonctionnement est alors la suivante :

- augmentation du débit de reflux interne par action du TRC et diminution du débitd'essence de tête

- accroissement du débit de kérosène qui correspond au soutirage de surplus de refluxinterne

- allégement de la coupe kérosène : baisse du point initial et amélioration de sa tenue aufroid

- diminution des températures dans toute la zone et en particulier en tête et au niveau dusoutirage kérosène

Cette manœuvre de changement de point de coupe est, appliquée à la séparation essence-kérosène,tout à fait similaire à celle que l'on observe dans une colonne de distillation à deux produits. Elle secaractérise par :

- un changement du bilan matière (moins d'essence, plus de kérosène)- un allégement des deux produits concernés

La manœuvre inverse : augmentation de la température de tête et baisse du débit de kérosèneconduirait évidemment à des conclusions contraires.

2 - CHANGEMENT DE POINT DE COUPE ENTRE DEUX SOUTIRAGES LATÉRAUX

Un exemple de changement de point de coupe entre les coupes gazoles est représenté sur leschéma ci-dessous.

teb °C

t1

t2

t3

t4

TRC tête

RA RA =

FRC kérosène

FRC gazole léger

FRC gazole lourd

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100teb °C

t1

t2

t3

t4

TRC tête =

FRC kérosène =

FRC gazole léger

FRC gazole lourd

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 D PC

D 20

25 G

Allégementdes 2 produits


14

Le réglage est constitué par les deux actions suivantes :

- diminution de la consigne du FRC gazole léger- augmentation équivalente de la consigne du FRC gazole lourd

Les conséquences sont les suivantes :

- débits : diminution du débit de gazole léger, augmentation du débit de reflux interne dansla zone gazoles et du débit de soutirage gazole lourd

- point de coupe : la température de point de coupe t3 diminue, les deux produits sont pluslégers

- températures : baisse des températures dans toute la zone considérée


15

V - PARAMÈTRES DÉTERMINANT LE POUVOIR DE SÉPARATION DANS LESDIFFÉRENTES ZONES DE LA COLONNE

1 - SÉPARATIONS RÉALISÉES DANS LES COLONNES À SOUTIRAGES MULTIPLES

Dans les colonnes de distillation à soutirages multiples on réalise simultanément plusieursséparations. Chacune de ces séparations correspond à une qualité de fractionnement qui est enrelation avec le pouvoir de séparation mis en œuvre dans la zone concernée.

Coupe de tête

Kérosène

Gazole léger

Gazole lourd

Résiduatmosphérique

D PC

D 20

38 A

Kérosène

Coupe de tête(gaz + essence)

Gazole léger

Gazole lourd

Résiduatomosphérique

Séparationessence / kérosène

Séparationkérosène / gazole léger

Séparationgazole léger / gazole lourd

Séparation gazole lourdRésidu

Le schéma ci-dessous montre à titre d'exemple les facteurs qui déterminent la séparation des coupeskérosène et gazole léger. Il s'agit :

- du nombre de plateaux travaillant entre les soutirages kérosène et GO léger- de l'importance des trafics liquide-vapeur circulant dans cette zone

Kérosène

Gazole léger

V L

Zone deséparationdes coupeskérosène etgazole léger

D PC

D 20

34 B

On sait que le pouvoir de séparation mis en œuvre dans la zone considérée est d’autant plus importantque le nombre de plateaux et que les trafics liquide-vapeur sont grands.

Par ailleurs les strippers latéraux, en éliminant les fractions volatiles présentes dans chaque liquidesoutiré contribuent bien entendu également à la qualité de la séparation réalisée.

Les séparations qui en résultent font apparaître la présence d’impuretés ; chaque coupe contenant unecertaine proportion de la coupe plus légère et de la coupe plus lourde par rapport à elle-même.


16

2 - CONTRÔLE DE SÉPARATIONS

Le contrôle des séparations concernant des produits distillables utilise les courbes de distillation ASTMet les notions de gap et d’overlap.

Coupe lourde

Point de coupe teb

Point de coupe teb

∆ t ou GAP maximumt

t(°C)

t(°C)

t(°C)

t(°C)

0%100 % vol. dist.

t∆ t' ou GAP

Point de coupe teb

t(°C)

t(°C)

t OVERLAP

D PC

D 68

9 C

95% 5%

95% 5%100%0%

0%100 % vol. dist.

100%0%

0%100 % vol. dist.

100%0%

95% 5%

(°C)

(°C)

(°C)

• Séparation parfaite

• Séparation mauvaise

• Fractionnement standard

Coupe A

Coupe B

Coupe A

Coupe B

Coupe A Coupe A Coupe B

Coupe B

ASTMASTM

Coupe A Coupe BASTMASTM

Coupe A Coupe BASTMASTM


17

Pour ce qui concerne la séparation de fond de colonne entre le dernier soutirage et le résidu, il n’estpas possible de contrôler de la même manière la séparation. On préfère souvent en conséquence fixerle pouvoir séparateur mis en œuvre dans la zone en spécifiant par exemple la valeur del’overflash dont le débit donné en pourcentage par rapport à celui du brut varie habituellement de 2 à8 % :

- un overflash élevé correspond à un pouvoir de séparation plus important dont il résulteune meilleure séparation en fond de colonne

- un overflash faible caractérise une séparation médiocre

3 - TRAFICS LIQUIDE-VAPEUR DANS UNE COLONNE DE DISTILLATIONATMOSPHÉRIQUE

Le schéma de la page suivante montre l’allure typique des trafics liquide-vapeur dans une colonne dedistillation atmosphérique. Ces trafics sont exprimés en t/h et ont été obtenus par simulation d’unecolonne industrielle traitant environ 300 t/h de pétrole brut.

Ce schéma fait apparaître les différentes zones dans la colonne :

- les zones de fractionnement dont le rôle est de séparer les différentes coupes pétrolières

- les zones d’échange thermique, très chargées en liquide, dans lesquelles les refluxcirculants sont refroidis viennent à l’intérieur de la colonne récupérer, par condensation devapeurs, l’énergie thermique qu’ils ont cédé à l’extérieur

4 - VARIATION DES TRAFICS LIQUIDE-VAPEUR

V L

D PC

D 20

34 A

Kérosène

Coupe detête

Gazole léger

Gazole lourd

Résidu

Charge

Les débits de liquide L et de vapeur V ne sontpas indépendants dans les colonnes à soutiragesmultiples puisqu'on a en débits massiques par bilanmatière à tous niveaux.

V = L + ∑SOUTSUP

∑SOUTSUP étant la somme des débits dessoutirages réalisés au-dessus de la zoneconsidérée. Appliquée à la zone kérosène-gazoleléger comme le montre le schéma ci-contre, cetterelation devient :

V = L + coupe de tête + kérosène

soit

V - L = coupe de tête + kérosène

Si l'on place dans une situation de bilan matière fixé, c'est-à-dire à points de coupe constants, on voitque pour respecter la relation,

V - L = coupe de tête + kérosène = constante

toute variation du débit de vapeur V doit être accompagnée d'une variation équivalente du débit deliquide L.


18

1050

100

200

300

400

01234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344

208

307

261

314

154

204

1156

11

1431

1482

00

1385

00

4432

9

1099

22 5178

7048 44

609

2661

0

385

3748

3

55574

566

2901

530

3809

1

2326

7

1058

85

1864

76

7746

918

7391

50

2923

61

3140

3

4

44 38 37 35 25 22 20 14 13 12 10 7 6 1

1 4 1 4 1

QRC

I = 6

000

th/h

QRC

S =

5050

th/h

Qco

nd =

102

80 th

/h

7401

1203

54

1156

11Ré

sidu

1291

5214

972

1864

76

1058

85

2326

7 Vape

ur 1

431

2014

48

6377

9

1083

88

1585

77

2419

60

3381

80

7016

2

2680

1822

9036

1899

80

1198

181344

06

1787

35

Sout

irage

kéro

sène

3172

3524

8802

Reflu

x cir

cula

nt s

upér

ieur2588

25

7746

910

9922

1873

91

1203

25

Reflu

x in

tern

e

Prof

il vap

eur

Prof

il liq

uide

Débi

t en

t/h

1903

92

Reflu

x

Sout

irage

gaso

il-lo

urd

Sout

irage

gas

oil

lége

r

Reflu

x in

tern

e

Coup

e de

tête

+ e

au

Reflu

x in

tern

e

Reflu

x cir

cula

nt in

férie

ur

PRO

FIL

DE D

ÉBIT

S—

Bru

t KIR

KUK

—

D PCD 691 A

5841

0

174,

41,

83

346,

9142,

32,

03

Pres

ion (

bar a

bs.)

Débit

(kg/

h)

Tem

p. (°

C)

317,

4

267,

1

211,

0


19

L'impact d'un accroissement de L et V à bilan matière fixé, dans la zone de séparation du kérosèneet du gazole léger conduit à une augmentation du pouvoir de séparation dont l'effet est illustré surle schéma ci-dessous.

teb °C

t1

t2

t3

t3

Résidu

Gazole lourd

Gazole léger

Kérosène

Coupe de tête

teb °C

t1

t2

t3

t3

Résidu

Gazole lourd

Gazole léger

Kérosène

Coupe de tête

Cas initial Augmentationde L et V

D PC

D 20

35 A

L'amélioration de la qualité de la séparation conduit à une diminution du point final ASTM dukérosène et à une augmentation du point initial du gazole léger. L'écartement ainsi obtenu descourbes de distillation ASTM a pour conséquences une diminution de l'overlap ou bien uneaugmentation du gap.

Il est à noter que l’amélioration de la séparation ainsi obtenue peut être amplifiée par un accroissementdu stripage de la coupe gazole léger.

5 - VARIABLES D'ACTION SUR LE POUVOIR DE SÉPARATION

Compte tenu des relations précédentes, on voit qu'à point de coupe constant, le pouvoir deséparation mis en œuvre dans chaque zone ne dépend que du débit de vapeur d'hydrocarburesen circulation dans la colonne. Le débit de liquide est en effet la conséquence du débit vapeur aprèsprélèvement des soutirages supérieurs.

Toute variable susceptible d'agir sur le débit de vapeur influence donc le pouvoir de séparation.

Il en est ainsi :

- de la température d'entrée du brut qui détermine le débit vapeur initial assurant lerebouillage de la colonne. Le débit de vapeur généré dépend aussi de la nature du brut etde la pression partielle des hydrocarbures à l’entrée de la colonne. Il est à signaler que latempérature d'entrée du brut fixe également pour une bonne part la consommationd'énergie dans le four atmosphérique

- des débits de chaleur extraits par les reflux circulants qui agissent comme de véritablescondenseurs partiels intégrés dans la colonne. Un accroissement du débit de chaleurextrait par un reflux circulant provoque une condensation supplémentaire de vapeur dans lazone d'échange thermique et conduit par conséquent à une réduction des trafics vapeuret liquide au-dessus de la zone considérée. En agissant sur les débits de chaleur extraitspar les différents reflux circulants de la colonne, on peut donc en principe régler tous lestrafics liquide-vapeur pour obtenir les séparations visées et optimiser ainsi le bilanthermique de la colonne


20

Par comparaison au réglage des points de coupe on voit que si le réglage du bilan matière descolonnes à soutirages type atmosphérique se fait plutôt par le haut, le réglage des pouvoirs deséparation dans chaque zone fait appel au bilan thermique que l'on peut moduler en agissant sur ledébit vapeur. L'approche de l'optimisation de ce bilan thermique doit donc se faire par le bas enlaissant passer à chaque niveau le débit de vapeur réellement nécessaire pour obtenir la séparationsouhaitée.

En résumé :

Réglage du bilan matière : de haut en bas

Réglage du bilan thermique : de bas en haut

6 - MODIFICATION DE LA TEMPÉRATURE D'ENTRÉE DU BRUT DANS LA COLONNE

La température d'entrée du brut ou température transfert est régulée par l'apport de chaleur au brutdans le four de distillation atmosphérique.

Une augmentation de cette température, à bilan matière constant, c’est-à-dire à points de coupeinchangés, a les conséquences suivantes :

- accroissement du pourcentage vaporisé du brut et du débit de vapeur montant danstoute la colonne

- augmentation du débit de vapeur en tête de colonne et de la charge thermique ducondenseur

- action du TRC de tête pour maintenir la température et donc sensiblement le point decoupe essence-kérosène : augmentation du débit de reflux externe

- augmentation du débit de reflux interne dans chaque zone de la colonne

- augmentation du débit mesuré de reflux interne en zone d'expansion (overflash)

- amélioration du pouvoir de séparation dans chaque zone et donc de la qualité dufractionnement des produits comme l'indique le schéma ci-dessous sur lequel on comparele découpage théorique donné par les points de coupe au fractionnement réel pourmettre en évidence l'impact d'un accroissement du pouvoir de séparation

teb °C

t3

t2

t1

t4

teb °C

t3

t2

t1

t4

teb °C

t3

t2

t1

t4

Impact d'uneaugmentation du

pouvoir de séparationdans chaque zone

Découpagethéorique

Découpageréel

Coupe detête

Kérosène

Gazole léger

Gazole lourd

Résidu

D PC

D 20

37 A

Coupe de tête

Kérosène

Gazole léger

Gazole lourd

Résidu


21

On voit donc que sans changer les points de coupe entre les différents produits ce type d'actionconduit à de meilleures séparations.

Les caractéristiques des coupes subissent donc l'évolution suivante :

- augmentation du point initial- diminution du point final- accroissement des "gaps" et une diminution des "overlaps"- augmentation des points d'éclair- amélioration des points de trouble

Parallèlement, les conditions de fonctionnement de la colonne sont modifiées :

- augmentation plus ou moins sensible des températures dans la colonne à cause deschangements de pressions partielles. L'accroissement du trafic vapeur conduit en effet àune augmentation de la pression partielle des hydrocarbures qui, à qualité égale,provoque une élévation de température. Le phénomène est plus sensible au niveau dessoutirages gazole léger et lourd

- dépense d'énergie plus importante puisqu'il faut apporter d'avantage de chaleur au brut

7 - MODIFICATION DES DÉBITS DE CHALEUR EXTRAITS PAR LES REFLUXCIRCULANTS

Un reflux circulant agit dans la colonne comme un condenseur partiel intégré et la quantité devapeur qu'il condense est directement liée au débit de chaleur extrait de la colonne.

Ce débit de chaleur extrait (QRC) dépend de deux paramètres principaux :

- le débit de reflux circulant lui-même (MRC)- la chute de température qu'il subit par les échanges de chaleur à l'extérieur de la colonne :

tsortie – tretour = ∆t

QRC = MRC . C . ∆t

C étant la chaleur massique du reflux : valeurs habituelles de 0,5 à 0,7 th/t°C.

Le débit de reflux circulant est généralement très important afin de limiter, pour une charge thermiqueQRC donnée, la chute de température. Cette dernière est souvent comprise entre 30 et 80°C.

En pratique, dans une colonne industrielle, on voit que trois paramètres peuvent faire varier le débitde chaleur extrait par un reflux circulant :

- son débit- la température de sortie- la température de retour

TC

FC D PC

D 62

7 B


22

Généralement les deux paramètres débit et température retour sont régulés. Il reste que latempérature de sortie est un élément perturbateur susceptible de modifier le débit de chaleur extrait.

Cette température de sortie est souvent la température d’un plateau de soutirage de produit. Elle peutaussi être celle d’un plateau spécifique de soutirage du reflux circulant.

Dans tous les cas, elle dépend du réglage du réglage de la colonne et plus précisément du réglage dubilan matière. On sait en effet qu’un changement de bilan matière induit des modifications destempératures des plateaux de soutirage et en conséquence va influer sur les charges thermiques dureflux circulant.

À bilan matière donné on peut cependant considérer que la charge thermique d’un reflux circulant estinfluencée essentiellement par son débit et sa température retour.

a - Variation des charges thermiques des reflux circulants à points de coupe constants

Une réduction, par exemple, du débit de chaleur extrait obtenue par diminution du débit ou par unetempérature retour plus élevée a les conséquences suivantes (toutes choses égales par ailleurs) :

- diminution de la quantité de vapeur condensée à l'intérieur de la colonne

- augmentation du trafic vapeur au-dessus de la zone d'échange thermique

- augmentation du débit vapeur de tête de colonne et de la charge thermique ducondenseur qui doit donc évacuer le débit de chaleur non extrait par le reflux circulant

- augmentation du reflux externe et du reflux interne après action du TRC de tête

- amélioration du pouvoir de séparation dans toutes les zones situées au-dessus dureflux circulant modifié et cela avec les mêmes conséquences que précédemment : produitsmieux séparés aux caractéristiques améliorées

- accroissement plus ou moins sensible des températures de la colonne à cause del'augmentation de la pression partielle des hydrocarbures

- pas de modification des conditions de fonctionnement en-dessous de la zone de refluxcirculant

TC LC

GAZ +ESSENCE ≅

KEROSÈNE ≅

L

Lo

V1

FC

TCV

V = L =

QRC

QC

FC

D PC

D 90

1 D


23

b - Influence d'une modification des températures sur le fonctionnement des reflux circulants

Les changements de réglage des points de coupe ont pour conséquence directe de modifier lestempératures dans la colonne et plus particulièrement celles des plateaux de soutirage des refluxcirculants. Ils conduisent donc à une modification des débits de chaleur extraits par les reflux circulantsconcernés et par conséquent à un changement des trafics liquide-vapeur et des pouvoirs deséparation.

On examine ci-dessous à titre d'exemple les conséquences d'un changement de point de coupe entrela coupe de tête et le premier soutirage.

• Objectif recherché

Baisse de la température de point de coupe entre coupe de tête et coupe kérosène dans uneconfiguration de régulation correspondant celle de la planche n°1.

• Actions à réaliser

- baisse de la consigne du TRC de tête- augmentation de la consigne du FRC kérosène de telle sorte que les variations des deux

débits soient égales

• Conséquences

- changement de point de coupe : allégement des produits dans la zone concernée

• point final coupe de tête plus bas• point initial kérosène plus bas

- baisse des températures et notamment sur le plateau de soutirage kérosène

- diminution du débit de chaleur extrait par le reflux circulant supérieur

- accroissement du trafic vapeur dans la zone kérosène - tête, puis par l'action du TRCaugmentation du trafic liquide

- augmentation de la charge thermique du condenseur de tête

- accroissement du pouvoir de séparation dans la zone kérosène-tête

• Conclusion

Sauf action de correction sur le reflux circulant on voit que la modification du point de coupe a un effetparasite sur le plan thermique et qu'elle conduit dans le cas envisagé à une meilleure séparation descoupes concernées. Il importe donc d'être vigilant dans la conduite de la colonne et de veiller àrécupérer au mieux la chaleur disponible au niveau de chaque reflux circulant en fonction des qualitésde séparation recherchées.

Il est à noter qu'une conduite des reflux circulants basée sur les débits de chaleur extraits et nonplus seulement sur le débit et la température retour, permettrait de détecter les effets parasites de lamodification du bilan matière.


24

8 - CAS DE RÉGLAGE DU POUVOIR DE SÉPARATION DANS UNE COLONNE DEDISTILLATION À SOUTIRAGES MULTIPLES

a - Recherche d'un point éclair aussi élevé que possible pour la coupe kérosène dans unemarche mini essence

On sait qu'une réduction de débit de coupe de tête pour diminuer la production d'essence se traduitpar une baisse de son point final.

Parallèlement, la coupe kérosène adjacente se trouve allégée d'autant ce qui diminue en particulierson point d'éclair.

La baisse de celui-ci peut toutefois être limitée si l'on accroît le pouvoir de séparation dans la zonede tête de la colonne comme l'indique le schéma de principe ci-dessous.

Kérosène

teb °C

t1

t'1

Kérosène

Changement depoint de coupe

marche mini essence

Fractionnement aprèsaccroissement du

pouvoir de séparation

D PC

D 20

28 AKérosène

Coupe de têteCoupe de tête

Fonctionnementde base

Coupe de tête Coupe de tête

On réduit en effet ainsi la quantité d'hydrocarbures légers dans la coupe kérosène ce qui améliore sonpoint d'éclair.

Une telle qualité de séparation peut être obtenue par une diminution du débit de chaleur extrait par lereflux circulant qui travaille juste au-dessous de la zone considérée. Il en résulte l'accroissementrecherché des trafics liquide-vapeur.


25

b - Maximisation d'un rendement de gazole à point de trouble donné

L'exemple ci-dessous correspond à une colonne atmosphérique travaillant avec un épuisement élevéqui permet d'obtenir après la coupe gazole lourd, une coupe distillat.

Si l'on désire maximiser le rendement gazole à qualité constante pour ce dernier, c'est-à-dire pour ceproduit à point de trouble constant, il est nécessaire d'accroître le pouvoir de séparation dans lazone gazole-distillat.

Cela conduit en effet, à points de coupe constant, à une amélioration de la séparation des produits etdonc à un point de trouble plus bas pour le gazole lourd. Si l'on veut travailler à point de troubleconstant, il est nécessaire alors de changer le point de coupe gazole lourd- distillat ce qui se traduit parun gain de rendement en coupe gazole lourd.

teb °C teb °C

Gazole

Distillat

RA

Gazole

Distillat

Gazole

Fonctionnementde base

Fonctionnement aprèsretour de trouble initial

Fractionnement aprèsaccroissement du

pouvoir de séparation

D PC

D 20

29 A

t'4t4

Distillat

RA RA

En pratique, l'accroissement du pouvoir de séparation dans la zone considérée peut être obtenu enaugmentant la température d'entrée du brut dans la colonne. L'accroissement du flux vapeur ainsigénéré peut être "arrêté" par le reflux circulant inférieur de la colonne, qui, par augmentation du débitde chaleur extrait, peut condenser le surplus de vapeur et donc limiter l'impact de l'augmentation de latempérature d'entrée du brut à la zone inférieure de la colonne.


26

Les réglages et leurs conséquences sont alors les suivants :

- augmentation de la consigne du TRC du brut

- augmentation de la quantité de chaleur extraite par le reflux circulant inférieur parmodification du débit ou de l'écart de température entre sortie et retour. Les conditions dansla partie supérieure de la colonne ne sont pas modifiées si les surplus de chaleur apportéssur le brut et extraits par le reflux circulant sont égaux

- accroissement des trafics liquide-vapeur entre zone d'expansion et reflux circulant inférieur :le trafic liquide augmente grâce à la condensation accrue provoquée par le reflux circulant

Cela se traduit en particulier par une augmentation de l’”overflash”.

- pouvoir de séparation plus grand dans la zone considérée et donc gain possible sur lerendement en gazole par modification de la consigne du FRC gazole lourd et ajustement enconséquence du débit distillat. Si l'on veut garder le débit d'"overflash" constant par rapportau brut cela exige une correction supplémentaire sur le débit de distillat

D PC

D 26

61 A

QRC

V

V

T

L

L

RÉSIDUATMOSPHÉRIQUE

DISTILLAT =

GAZOLE =

OF

BRUT


27

VI - PRESSION DE FONCTIONNEMENT

On sait que la pression totale n'est pas normalement un paramètre de réglage des colonnes de distillation. Ilest bon toutefois de se rappeler qu'une baisse de pression totale quand elle est possible, permet dediminuer en général la consommation d'énergie d'une distillation en rendant possible une réduction dupouvoir de séparation à mettre en œuvre.

Ce gain est dû à un accroissement des écarts de volatilité qui rend les séparations plus faciles à réaliser àpression plus basse. Il est lié également à l’abaissement des températures opératoires.

En ce qui concerne la colonne de distillation atmosphérique, c'est un paramètre non mesurable directement,qui, en fait, détermine la pression opératoire de la distillation. Il s'agit en effet de la pression partielle deshydrocarbures qui dépend de la pression totale et des proportions en phase vapeur des moléculesd'hydrocarbures et de vapeur d'eau.

Le cas le plus simple permettant de caractériser l'influence de ce paramètre est celui qui correspond, touteschoses égales par ailleurs, à un accroissement du débit de vapeur d'eau dans la colonne qui peut êtreobtenu par exemple par augmentation de l'injection de vapeur en fond de colonne.

à pression totale constante

augmenter les injections devapeur d'eau

= augmenter la pressionpartielle de vapeur d'eau

baisser la pression partielle deshydrocarbures

On peut alors observer :

- un accroissement du pourcentage vaporisé du brut qui conduit comme on l'a déjà vu àdes trafics liquide-vapeur plus importants dans toute la colonne. Il est à signaler que lestrafics vapeur d'eau et hydrocarbures augmentant simultanément la charge hydraulique desplateaux est fortement accrue

- une amélioration des qualités de séparation de tous les produits et cela pour deuxraisons :

• le pouvoir de séparation qui augmente dans chaque zone• les séparations sont un peu plus faciles par baisse de pression

Cela permet donc éventuellement de gagner en rendement sur certains produits.

- une baisse des températures correspondant au changement de pression partielle deshydrocarbures

- un accroissement de la charge thermique du condenseur de tête car les quantitésd'hydrocarbures et de vapeur d'eau à condenser augmentent

Parallèlement, ce problème est aggravé par le fait que la température de tête de colonne tend à baisser.

En pratique il est généralement intéressant, en dehors d'une action sur le débit de vapeur injecté dans lesstrippers, de fonctionner à pression totale minimale. Pour ce faire, il est nécessaire d'utiliser au mieux lacapacité de condensation disponible, la baisse de pression étant le plus souvent limitée par la capacité descondenseurs à condenser totalement les vapeurs de tête.


28

VII - CARACTÉRISTIQUES DES BRUTS TRAITÉS

Une même colonne de distillation atmosphérique est calculée en général sur deux ou plusieurs brutsdifférents mais fonctionne, en pratique, en traitant des bruts très variés. C'est d'ailleurs dans les phases dechangement de nature de brut que se pose une bonne part des problèmes de réglage des colonnes dedistillation à soutirages multiples. Dans ce cas, en effet, le nouveau réglage à obtenir correspond à unchangement de consigne de la plupart des régulateurs régissant le fonctionnement de la colonne.

Les principaux paramètres mis en œuvre par un changement de brut sont les suivants :

- la charge thermique du four à débit de brut et à température sortie four constants, estd'autant plus élevée que le brut est plus léger à cause de l'accroissement du pourcentagevaporisé. À chaque thermique constante le débit traité est plus faible avec un brut légerqu'avec un brut lourd

- à mêmes points de coupe, ce qui, sur des bruts différents ne veut pas dire à mêmequalité, les rendements des produits sont très différents selon qu'il s'agit d'un brut léger oud'un brut lourd comme l'indique le schéma ci-dessous

teb °C

t1

t2

t3

t4

teb °C

Essencede tête

Kérosène

Gazole léger

Gazole lourd

Résidu

Essencede tête

Kérosène

Gazole léger

Gazole lourd

Résidu

t1

t2

t3

t4D

PCD

2030

A

Brut "lourd" Brut "léger"

Cela implique une modification des consignes des régulateurs qui déterminent les points decoupe.

- les pressions partielles sont différentes après ajustement des taux de stripage

On injecte ainsi beaucoup plus de vapeur d'eau en fond de colonne sur un brut lourd quesur un brut léger.

- les quantités de chaleur à extraire par les reflux circulants sont à adapter en fonction de cequi est apporté par le brut. On peut noter sur les bruts légers une plus grande quantité dechaleur à évacuer au condenseur

- la charge hydraulique de la colonne est importante en tête sur les bruts légers. Au contrairec'est le fond de la colonne : stripper de fond, pompe de résidu qui est plus chargé sur lesbruts lourds


29

Il est à signaler que la régulation du point de coupe entre essence et kérosène par le TRC de tête estcapable d'adapter dans un premier temps le rendement en coupe gaz + essence à la composition du brut engardant un point final sensiblement du même ordre de grandeur pour cette coupe et cela sans changementdu point de consigne. Un réglage plus fin ensuite permet d'atteindre le point final visé.

En ce qui concerne l'ajustement des débits des soutirages latéraux, il est possible de se référer à laconnaissance qu'on peut avoir du nouveau brut traité pour un premier réglage. En l'absence derenseignements de cette nature, les températures des plateaux de soutirage permettent de situer lesvolatilités moyennes des coupes et peuvent être prises en compte.

L'ajustement nécessaire, à cause des différences de nature chimique entre les bruts peut ensuite être réaliségrâce aux analyses des produits.

BRUT

D PC

D 63

1 E

VB

LB

Le changement de qualité du brutconduit également à une modification del’épuisement du brut en fonction du tauxde vaporisation en zone d'expansion.Passant d'un brut lourd à un brut légeron constate en effet que dans lesmêmes conditions en zone d'expansionle surplus de vaporisation dû àl'allégement du brut dépasse nettementle changement de composition.

Ce changement conduit donc, en supposant que le débit vapeur issu du brut représente sensiblementl'ensemble des soutirages, à un point de coupe t4 nettement plus élevé pour un brut léger. C'est ce quemontre le schéma ci-dessus.

teb °C

t4

teb °C

t'4

VB

LB

D PC

D 20

32 A

V'B

L'B

t'4 > t4


30

Ce phénomène traduit sur les schémas de découpage des bruts montre le gain obtenu, à points de coupeconstants entre les soutirages, sur le point de coupe entre dernier soutirage et résidu.

teb °C

t1

t2

t3

t4

teb °C

t1t1

t2

t3

t4t'4

t2

t3t4t'4

Essence

EssenceKérosène

KérosèneGazole léger

Gazole légerGazole lourd

Gazole lourd

Résidu

Résidu

D PC

D 20

33 A

BRUT 1 BRUT 2

Documents

Variables de Fonctionnement Des Colonnes à Soutirages Multiples