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Separation fluide-solideSeance 3

Distillation de petrole brut sous Aspen Plus

Cree par Cedric Henri, encadre par Marie-Laure Thielens

2006-2007

Introduction

Le schema complet dune colonne de raffinage du petrole brut vous estpresente a la figure 1. Quelques petites particularites la distingue dune co-lonne de distillation classique :

Lalimentation en brut peut se faire via un four Il peut ne pas y avoir de rebouilleur

Tout le long de la colonne, il y a despumparounds

et desstrippers

Fig. 1 Schema complet dune colonne de raffinage du brut

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La simulation dune colonne de distillation du petrole brut differe egale-

ment dune distillation classique :

Lors de creation dune nouvelle simulation, vous devez choisir CrudeFractionation sous longlet Refinery.

Dans le menu Components Assay/Blend, vous devez definir unassay CRUDE qui va reprendre la composition de votre alimentation.En effet, en distillation du brut, il est quasiment impossible de deter-miner avec precision la composition exacte dun flux, tant les composesdifferents sont nombreux. Vous avez alors a votre disposition plusieursonglets, qui vous permettent de preciser des donnees mesurees experi-

mentalement et relatives a cet assay, comme par exemple une courbede distillation, une densite, une masse moleculaire, etc.

Lorsque vous definirez vos flux, il vous suffira alors de leur assigner unecomposition de 100 % en assay CRUDE.

Exercice 1

On vous demande de simuler le fonctionnement dune colonne de distil-lation de petrole brut dont le schema est repris a la figure 2. La methodethermodynamique la plus appropriee pour traiter ce type de systeme tra-

vaillant a basse pression est la methode BK10.

Fig. 2 Exercice 1

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Les informations suivantes sont egalement disponibles :

Courbe de distillation (ASTM D86)

Les donnees de la courbe de distillation sont reprises a la table 1 et a lafigure 3.

% vol. liq. Temperature (F)0 2115 326

10 382

30 50950 65570 80790 108895 1220

100 1352

Tab. 1 Donnees de la courbe de distillation ASTM D86

Fig. 3 Courbe de distillation selon ASTM D86

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Configuration de la colonne

La colonne comporte 25 etages comprenant un condenseur, mais pas derebouilleur. Le taux de distillat sortant de la colonne est de 13000 barils parjour. Lalimentation du brut se fait a letage 22, via un four. De la vapeurest introduite a letage 25.

Le profil de pression au sein de la colonne est donne a la table 2.

Etage n 1 2 25Pression (psia) 15.7 20.7 24.7

Tab. 2 Profil de pression

Le four utilise (single stage flash) travaille a une pression de 24.18 psiaet a une fraction volumique de survaporisation (overflash) de 0.03.

Les flux de vapeur sont composes deau pure a la temperature de 400 Fet a la pression de 60 psia.

La table 3 reprend les specifications des strippers et des pumparounds :

Strip. Nombre Etage Etage Flux Debit de produitdetages daspiration de retour vapeur (barils/jour)

Kerosene 4 6 5 SSTMKERO 11700Diesel 3 13 12 SSTMDIES 16500AGO 2 18 17 SSTMAGO 8500

Pump. Etage Etage Debit Dutydaspiration de retour (barils/jour) (MMBtu/h)

Haut 8 6 49000 -40Bas 14 13 11000 -15

Tab. 3 Specifications des strippers et des pumparounds

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Questions

1. Determinez les debits (en barils/jour)

(a) du compose ayant un point debullition proche de 537 F (281 C)dans le flux CRUD-FD ;

(b) du meme compose dans le flux RED-CRUD ;

(c) du compose ayant un point debullition proche de 1518 F (826 C)dans le flux CRUD-FD ;

(d) du meme compose dans le flux RED-CRUD ;

2. Determinez pour chaque flux de sortie de la colonne le compose majo-ritaire.

3. Determinez les temperatures de fonctionnement des deux pumparounds.

Exercice 2

Le flow-sheet presente aux deux dernieres pages represente une instal-lation complete, comprenant 3 unites : un PREFLASH, une CDU (crudedistillation unit) et une VDU (vacuum distillation unit). Pour resoudre cetexercice, utilisez a nouveau la methode thermodynamique BK10.

Preflash

La premiere colonne (PREFLASH) comprend 10 etages, un condenseurpartiel vapeur-liquide, avec un debit de distillat de 15000 barils/jour. Les fluxdalimentations sont MIXCRUDE (a letage 10 via un four) et PF-STEAM(etage 10). Le profil de pression est donne a la table 4.

Etage Pression (psi)1 39.7

2 41.710 44.7

Tab. 4 Profil de pression - PREFLASH

La temperature du condenseur est de 170 F. Le four est considere commeun etage et travaille a une temperature de 450 F sous une pression de 50 psi.On demande comme specification pour le NAPHTHA, que la temperatureASTM D86 95 % soit de 375 F. Pour cela, faites varier le flux de distillat.

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Crude Distillation Unit

La seconde colonne (CRUDE) possede 25 etages, un condenseur total,et a un debit de distillat de 13000 barils/jour. Les alimentations sont CDU-FEED (etage 22 via four) et CU-STEAM (etage 25). Le profil de pressionest donne a la table 5.

Etage Pression (psi)1 15.72 20.7

25 24.7

Tab. 5 Profil de pression - CRUDE

Le four travaille a une pression de 24.18 psi, est considere comme unetage et a une survaporisation de 0.03. La table 6 reprend les specificationsdes strippers et des pumparounds.

Strip. Nombre Etage Etage Debit de produitdetages daspiration de retour (barils/day)

Kerosene 4 6 5 11700Diesel 3 13 12 16500

AGO 2 18 17 8500

Pump. Etage Etage Debit Dutydaspiration de retour (barils/day) (MMBtu/hr)

Haut 8 6 49000 -40Bas 14 13 11000 -15

Tab. 6 Specifications des strippers et des pumparounds - CRUDE

On demande comme specification pour le HNAPHTHA, une temperatureASTM D86 95% de 375 F en faisant varier le flux de distillat, et pour leDIESEL, une temperature ASTM D86 95% de 640 F en faisant varier cettefois le debit de produit de fond du strippeur S-2.

Vacuum Distillation Unit

La troisieme colonne (VDU) possede 6 etages, un pumparound en teteet ne possede pas de condenseur. Les alimentations sont RED-CRD (etage6 via four) et VDU-STM (etage 6). Les flux de sortie sont LVGO (etage 2

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- totalement liquide - 8000 barils/jour) et HVGO (etage 4 - liquide - 17000

barils/jour). Le profil de pression est donne a la table 7.

Etage Pression (mmHg)1 606 70

Tab. 7 Profil de pression - VDU

Le four est ici considere comme un etage dans lequel la survaporisationcontourne le four. La survaporisation est de 0.006 et la pression est de 2.03 psi.

La colonne possede deux pumparounds dont les specifications sont reprises ala table 8.

Pump. Etage Etage Debit Dutydaspiration de retour (barils/day) (MMBtu/hr)

Haut 2 1 2000 -28.6Bas 4 3 49000 -80

Tab. 8 Specifications des pumparounds - VDU

On demande comme specification une temperature de 150 F a letage 1.Pour cela, faites varier le duty du pumparound superieur.

Flux dentree

Les flux dentree de linstallation ont les caracteristiques reprises a la table9. Les composes OIL-1 et OIL-2 sont des pseudo-composes. Les informationsdisponibles au sujet de ces composes sont reprises aux tables 10 et 11. Lestemperatures de coupe sont reprises a la table 12.

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MI

XCRUDE

CU-STEAM

CU-STM1

CU-STM2

CUST

M3

PF-STEAM

VDU-ST

EAM

Temperature(F)

200

400

400

400

400

400

400

Pression(psi)

60

60

60

60

60

60

60

Debit(lb/hr)

-

12000

3300

1000

800

5000

2000

0

Debit(barils/jour)

100000

Composition

H2O

1

1

1

1

1

1

OIL-1

20%

vol

OIL-2

80%

vol

Tab.9F

luxdalimentation

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Courbe de distillation TBP Light-Ends Courbe de gravite API

%age distille Temperature ( F) Compose Fraction vol. Mid % distille API6.8 130 C1 0.001 5 9010 180 C2 0.0015 10 6830 418 C3 0.009 15 59.750 650 i-C4 0.004 20 5262 800 n-C4 0.016 30 4270 903 i-C5 0.012 40 3576 1000 n-C5 0.017 45 3290 1255 50 28.5

60 23

70 1880 13.5

API gravity = 31.4

Tab. 10 OIL-1

Courbe de distillation TBP Light-Ends Courbe de gravite API%age distille Temperature ( F) Compose Fraction vol. Mid % distille API

6.5 120 H2O 0.001 2 150

10 200 C1 0.002 5 9520 300 C2 0.005 10 6530 400 C3 0.005 20 4540 470 i-C4 0.01 30 4050 550 n-C4 0.01 40 3860 650 i-C5 0.005 50 3370 750 n-C5 0.025 60 3080 850 70 2590 1100 80 2095 1300 90 15

98 1475 95 10100 1670 98 5

API gravity = 34.8

Tab. 11 OIL-2

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Domaine ( F) Increments ( F)

100-800 25800-1200 50

1200-1400 1001400-1640 120

Tab. 12 Temperatures de coupes

Questions

1. Quelle est la temperature ( F) du flux HVGO ?

2. Quel est le debit (barils/h) de DIESEL produit ?

3. Quel est le compose principal du flux OFF-GAS ?

4. Quel est le compose principal du flux RESIDUE ?

5. Y a-t-il une difference de composition entre les flux NAPHTHA etHNAPHTHA ?

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