Dans les industries de procédés chimiques (CPI), la majorité des séparations se font via des colonnes de distillation.Et lorsque le reste du processus repose sur ces colonnes, les inefficacités, les goulots d’étranglement et les arrêts deviennent problématiques.Dans un effort pour maintenir les processus de distillation – et le reste de l’usine – en marche, les composants internes des colonnes sont peaufinés et retravaillés pour aider à optimiser l’efficacité et la fiabilité des colonnes.

« Qu'il s'agisse du raffinage, de la transformation chimique ou de la production de plastiques, l'essentiel de la séparation entre les produits chimiques organiques se fait par distillation.Dans le même temps, il existe une pression constante sur les transformateurs de produits chimiques pour qu'ils rendent leurs processus plus rentables », explique Izak Nieuwoudt, directeur technique chez Koch-Glitsch (Wichita, Kan. ; www.koch-glitsch.com).« Étant donné que les colonnes de distillation sont de grandes consommatrices d'énergie et que les gens ne veulent pas passer beaucoup de temps à réparer les équipements, l'augmentation de l'efficacité et de la fiabilité des colonnes est actuellement une priorité. »

Souvent, une fois qu'un processus est opérationnel, les processeurs constatent que la consommation d'énergie est beaucoup plus élevée que prévu, explique Antonio Garcia, responsable du développement commercial des transferts de masse chez AMACS Process Tower Internals (Arlington, Texas ; www.amacs.com).« Pour obtenir une meilleure efficacité énergétique, ils doivent explorer leurs options pour améliorer les performances de transfert de masse », dit-il."En outre, les transformateurs recherchent souvent des moyens de désengorger le processus afin d'obtenir de meilleures exigences en matière de séparation et de capacité. L'encrassement est une cause fréquente de goulots d'étranglement. Il est donc également important de trouver des technologies permettant de résoudre ces problèmes."

Les goulots d'étranglement et les temps d'arrêt causés par l'encrassement ou des problèmes mécaniques, tels que des vibrations ou des mécanismes dans les colonnes qui se défont, peuvent devenir très coûteux.« Chaque fois qu'il faut arrêter une colonne de distillation, cela coûte très cher, car cela entraîne souvent également l'arrêt des unités en amont et en aval », explique Nieuwoudt.« Et ces arrêts imprévus entraînent d’importantes pertes quotidiennes. »

C'est pour cette raison que les fabricants d'éléments internes de colonnes développent des produits conçus pour aider les transformateurs à accroître l'efficacité énergétique et la fiabilité.

Le remplacement des barquettes et des emballages conventionnels par des solutions plus récentes et avancées est souvent nécessaire pour un transformateur qui recherche une efficacité, une capacité et une fiabilité accrues. Les fabricants cherchent donc constamment à améliorer leurs offres.

Par exemple, Raschig GmbH (Ludwigshafen, Allemagne ; www.raschig.com) a récemment lancé le Raschig Super-Ring Plus, un nouveau garnissage aléatoire hautes performances qui dépasse les performances du précédent Raschig Ring.« La structure optimisée du Raschig Super-Ring Plus permet une augmentation supplémentaire de la capacité à rendement constant », explique Micheal Schultes, directeur technique chez Raschig.« Le produit est le résultat d’un développement de conception basé sur de nombreuses années de recherche.L’objectif était de conserver tous les avantages du Super-Ring, tout en améliorant la capacité et en réduisant les chutes de pression.

Le produit résultant minimise la chute de pression en disposant des bandes sinusoïdales plates dans une structure extrêmement ouverte, maximise la capacité en préférant le flux de film sur des agencements de bandes sinusoïdales continues, augmente l'efficacité en minimisant la formation de gouttelettes à l'intérieur du garnissage et diminue la tendance à l'encrassement en réduisant le développement de gouttelettes et en offrant une faible la chute de pression.La sensibilité à l'encrassement est également réduite en générant des films liquides continus, mouillant l'ensemble de l'élément de garniture.

De même, l'AMACS a mené des recherches pour améliorer son produit SuperBlend.« La recherche a montré qu'en remplaçant le conditionnement aléatoire existant par notre SuperBlend 2-PAC, l'efficacité de la tour peut être augmentée de 20 % ou la capacité de 15 % », explique Moize Turquie, responsable de l'ingénierie des applications chez AMACS.La technologie SuperBlend 2-PAC est un mélange de formats d'emballage haute performance placés dans un lit simple.« Nous mélangeons deux tailles de la meilleure géométrie aléatoire métallique et, une fois combinées, le mélange breveté permet d'obtenir les avantages d'efficacité de la plus petite taille de garniture, tout en conservant la capacité et la chute de pression de la plus grande taille de garniture », dit-il.Le lit mélangé est recommandé pour l'absorption et le stripping, la distillation chimique fine, les fractionnaires de raffinerie et les opportunités de modernisation dans toute tour de transfert de masse ou de chaleur limitée par un garnissage aléatoire conventionnel ou de troisième génération.

Des améliorations des composants internes sont également en cours de développement pour résoudre des problèmes tels que l'encrassement et les conditions difficiles.

« La fiabilité est extrêmement importante au quotidien.Peu importe les performances d'un appareil, s'il ne peut pas résister aux conditions d'encrassement d'un processus, il ne réussira pas », déclare Mark Pilling, directeur de la technologie aux États-Unis chez Sulzer (Winterthur, Suisse ; www.sulzer. com).« Sulzer a consacré énormément de temps au cours des cinq dernières années à développer une gamme complète d'équipements résistant à l'encrassement. »Dans les plateaux, la société propose des plateaux VG AF et anti-salissure, et a récemment lancé des vannes UFM AF, qui sont à la fois hautes performances en termes de capacité et d'efficacité, et extrêmement résistantes à l'encrassement.Dans le domaine des emballages, la société a lancé les garnitures à grille antisalissure Mellagrid AF, qui conviennent aux applications d'emballage très encrassantes, telles que les sections de lavage des tours sous vide.

Pilling ajoute que pour les problèmes de mousse, Sulzer a travaillé sur une approche à deux volets.« Tandis que nous développons des équipements et des conceptions pour gérer les applications de moussage, nous travaillons également avec nos clients pour déterminer les applications potentielles de moussage », explique-t-il.« Une fois que vous savez que la mousse existe, vous pouvez la concevoir.Ce sont les cas où un client présente un problème de mousse sans le savoir qui ont tendance à créer des problèmes.Nous voyons toutes sortes de mousses, telles que les mousses Marangoni, Ross et les mousses particulaires, et travaillons avec les clients pour identifier de telles situations.

Et, pour les applications où l'encrassement et la cokéfaction peuvent être très graves, Koch-Glitsch a développé la garniture en grille Proflux pour service sévère, explique Nieuwoudt (Figure 1).Le nouveau garnissage en grille haute performance pour service sévère combine l'efficacité du garnissage structuré avec la robustesse et la résistance à l'encrassement du garnissage en grille.Il s'agit d'un assemblage de tôles ondulées robustes soudées à des tiges de gros calibre.La combinaison d'un assemblage de tiges soudées et de tôles ondulées d'épaisseur de matériau accrue offre une conception robuste qui résiste aux dommages causés par les renversements ou l'érosion de la tour.Les espaces entre les feuilles offrent une meilleure résistance à l'encrassement.« L'emballage a été installé près de 100 fois maintenant dans des services très encrassés et se porte vraiment bien par rapport aux produits qu'il remplace.La durée de vie plus longue et la perte de charge plus faible qu'il procure se traduisent par des coûts d'exploitation inférieurs pour le client », explique Nieuwoudt.

Figure 1. La garniture grillagée Proflux pour service sévère est une garniture grillagée haute performance pour service sévère qui combine l'efficacité de la garniture structurée avec la robustesse et la résistance à l'encrassement de la garniture grillagée Koch-Glitsch.

Lorsqu'il s'agit de distillation, il existe également souvent des défis spécifiques à un processus qui doivent être résolus par des mesures spéciales.

« Il existe un marché pour les solutions sur mesure adaptées aux processus spécifiques et aux besoins des clients », déclare Christian Geipel, directeur général de RVT Process Equipment (Steinwiesen, Allemagne ; www.rvtpe.com).« Cela s'applique particulièrement aux rénovations d'usines existantes qui sont modifiées pour répondre à de nouvelles demandes.Les défis sont variés et incluent des objectifs tels que des longueurs de fonctionnement plus longues et plus prévisibles pour les applications d'encrassement, une capacité plus élevée et une perte de charge plus faible ou des plages de fonctionnement plus larges pour plus de flexibilité.

Pour répondre à des besoins spécifiques, RVT a développé une garniture structurée de grande capacité, la SP-Line (Figure 2).« Grâce à la géométrie modifiée du canal, une chute de pression plus faible et une capacité plus élevée sont obtenues. »De plus, pour de très faibles charges de liquide, autre défi spécifique à l'application, ces garnitures peuvent être combinées avec de nouveaux types de distributeurs de liquide.« Un distributeur de buses de pulvérisation amélioré combinant des buses de pulvérisation et des plaques anti-éclaboussures a été développé et est utilisé avec succès dans des applications telles que les colonnes sous vide des raffineries », explique Geipel.« Cela réduit l'entraînement et donc l'encrassement dans les sections de garniture situées au-dessus du distributeur sans sacrifier la qualité de la distribution du liquide dans la section de garniture située en dessous. »

Figure 2. Une nouvelle garniture structurée de grande capacité, la SP-Line de RVT, offre une géométrie de canal modifiée, une perte de charge plus faible et une capacité plus élevée.

Un autre nouveau distributeur de liquide de RVT (Figure 3) est un distributeur de type auge doté de plaques anti-éclaboussures qui combine de faibles débits de liquide avec une plage de fonctionnement plus élevée et une conception robuste et résistante à l'encrassement.

Figure 3. Pour les très faibles charges de liquide, autre défi spécifique à l'application, les garnitures peuvent être combinées avec de nouveaux types de distributeurs de liquide RVT Process Equipment

De même, GTC Technology US, LLC (Houston ; www.gtctech.com) développe de nouveaux produits pour aider les transformateurs à améliorer les performances des colonnes de distillation en fonction de leurs besoins spécifiques.L'un des derniers développements comprend les plateaux hautes performances GT-OPTIM, explique Brad Fleming, directeur général de la division Process Equipment Technology de GTC.Des centaines d'installations industrielles ainsi que des tests effectués chez Fractionation Research Inc. (FRI ; Stillwater, Okla. ; www.fri.org) ont démontré que le plateau haute performance permet d'améliorer considérablement l'efficacité et la capacité par rapport aux plateaux conventionnels.Les plateaux à flux transversal sont personnalisés selon les besoins de l'utilisateur final pour atteindre une efficacité élevée grâce à une combinaison de dispositifs brevetés et exclusifs qui composent chaque conception de plateau.« Nous pouvons fournir un ensemble de technologies et de fonctionnalités qui peuvent être utilisées pour répondre à des objectifs spécifiques », note Fleming.« L'objectif d'un processeur peut être d'augmenter l'efficacité, tandis qu'un autre souhaite augmenter la capacité et un autre encore souhaite minimiser la chute de pression, atténuer l'encrassement ou prolonger la durée d'exécution.Nous disposons de nombreuses armes différentes dans notre arsenal de conception d'équipements, nous sommes donc en mesure de nous concentrer sur l'objectif ciblé du client pour l'amélioration spécifique de ses processus.

Entre-temps, l'AMACS a relevé un autre défi de distillation commun auquel sont confrontées les raffineries de pétrole, les usines pétrochimiques, les usines à gaz et les installations similaires.Souvent, un tambour ou un séparateur vertical équipé d'un équipement d'élimination du brouillard ne parvient pas à éliminer le liquide libre d'un flux de gaz de traitement.« Au lieu d'essayer de traiter ou de réparer les symptômes, nous recherchons la cause profonde, qui implique généralement l'équipement d'élimination du brouillard dans le tambour knock-out », explique Garcia de l'AMACS.Pour résoudre ce problème, la société a développé le Maxswirl Cyclone, un dispositif d'élimination du brouillard de grande capacité et à haut rendement qui utilise les forces centrifuges pour fournir des performances de séparation de pointe.

Les tubes Maxswirl Cyclone sont constitués d'un élément tourbillonnaire fixe, qui applique une force centrifuge sur la vapeur chargée de brouillard pour séparer le liquide entraîné du flux de gaz.Dans ce cyclone à flux axial, la force centrifuge qui en résulte pousse les gouttelettes de liquide vers l'extérieur, où elles créent un film liquide sur la paroi interne du cyclone.Le liquide passe à travers des fentes dans la paroi du tube et est collecté au fond de la boîte du cyclone et évacué par gravité.Le gaz sec se concentre au centre du tube du cyclone et sort par le cyclone.

Pendant ce temps, DeDietrich (Mayence, Allemagne ; www.dedietrich.com) concentre ses efforts sur la fourniture de colonnes et d'éléments internes pour les processus hautement corrosifs à des températures allant jusqu'à 390°F, explique Edgar Steffin, responsable du marketing chez DeDietrich.« Les colonnes jusqu'au DN1000 sont en verre borosilicaté QVF 3.3 ou en acier vitrifié DeDietrich.Les colonnes plus grandes jusqu'au DN2400 sont fabriquées uniquement en acier vitrifié DeDietrich.Les matériaux résistants à la corrosion sont en verre borosilicaté 3.3, SiC, PTFE ou Tantale » (Figure 4).

Figure 4. DeDietrich se concentre sur les colonnes et les composants internes pour les processus hautement corrosifs à des températures allant jusqu'à 390°F.Les colonnes jusqu'au DN1000 sont en verre borosilicaté QVF 3.3 ou en acier vitrifié DeDietrich.Les colonnes plus grandes jusqu'au DN2400 sont fabriquées uniquement en acier vitrifié DeDietrich.Les matériaux résistants à la corrosion sont en verre borosilicaté 3.3, SiC, PTFE ou tantale DeDietrich

Il ajoute que la plupart des processus à des températures élevées supérieures à 300°F nécessitent d'éviter le PTFE.Le SiC présente une résistance à la température plus élevée et permet de concevoir des distributeurs et des collecteurs plus grands, moins sensibles aux charges contenant des solides ou ayant tendance à mousser, dégazer ou flasher.

La garniture structurée Durapack en verre borosilicaté 3.3 de la société convient aux colonnes en verre 3.3 résistant à la corrosion ou aux colonnes en acier revêtues de verre, car elle présente la même résistance à la corrosion que la colonne en verre et conserve sa stabilité thermique à des températures plus élevées que les polymères.Le verre borosilicaté 3.3 est non poreux, ce qui réduit considérablement l'érosion et la corrosion par rapport aux garnitures en céramique équivalentes.

Et les tours qui ont une coupe latérale, mais qui sont thermiquement inefficaces, explique Fleming de GTC, peuvent être de bons candidats pour la technologie des colonnes à parois de séparation.« De nombreuses colonnes de distillation ont un produit de tête et de fond, ainsi qu'un produit de soutirage latéral, mais cela entraîne de nombreuses inefficacités thermiques.La technologie des colonnes à parois de séparation – dans laquelle vous réorganisez la colonne traditionnelle – est un moyen d'augmenter la capacité tout en réduisant la consommation d'énergie ou en réduisant les impuretés de rendement des produits », explique-t-il (Figure 5).

Figure 5. Les tours qui ont une coupe latérale, mais qui sont thermiquement inefficaces, peuvent être de bons candidats pour la technologie des colonnes à cloisons GTC Technologies

La colonne à paroi de séparation sépare une alimentation à plusieurs composants en trois flux purifiés ou plus dans une seule tour, éliminant ainsi le besoin d'une deuxième colonne.La conception utilise un mur vertical pour diviser le milieu de la colonne en deux sections.La charge est envoyée vers un côté de la colonne, appelé section de pré-fractionnement.Là, les composants légers remontent la colonne, où ils sont purifiés, tandis que les composants lourds descendent dans la colonne.Le flux de liquide provenant du haut de la colonne et le flux de vapeur provenant du bas sont acheminés vers leurs côtés respectifs de la paroi de séparation.

Du côté opposé de la paroi, le produit secondaire est retiré de la zone où les composants à ébullition moyenne sont les plus concentrés.Cet agencement est capable de produire un produit intermédiaire beaucoup plus pur qu'une colonne à tirage latéral classique de même fonction, et à un débit plus élevé.

« La conversion vers une colonne à cloisons de séparation est étudiée lorsque vous envisagez d'apporter des améliorations significatives que vous ne pourriez pas faire autrement dans les contraintes d'une tour traditionnelle, mais si vous pouvez passer à la technologie des parois de séparation, vous constaterez une diminution significative. en consommation d'énergie », dit-il.« En général, il y a une réduction de 25 à 30 % de la consommation globale d'énergie pour un débit donné, un rendement et une pureté des produits considérablement améliorés et souvent également une augmentation du débit. »

Il ajoute qu'il est également possible d'utiliser une colonne à mur de séparation pour remplacer une séquence traditionnelle de deux tours.« Vous pouvez utiliser des colonnes à cloisons pour effectuer la même opération et fabriquer les mêmes produits, mais vous le faites dans une tour physique par rapport à un système à deux tours.Au niveau local, une réduction substantielle des dépenses en capital peut être obtenue grâce à la technologie des colonnes à cloisons.

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