EP4284896A1 - Method for purifying a pyrolysis oil in order to upgrade it by steam-cracking - Google Patents

Method for purifying a pyrolysis oil in order to upgrade it by steam-cracking

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EP4284896A1
EP4284896A1 EP22704934.3A EP22704934A EP4284896A1 EP 4284896 A1 EP4284896 A1 EP 4284896A1 EP 22704934 A EP22704934 A EP 22704934A EP 4284896 A1 EP4284896 A1 EP 4284896A1
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EP
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pyrolysis
pyrolysis oil
waste
solvent
raffinate
Prior art date
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Pending
Application number
EP22704934.3A
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German (de)
French (fr)
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Thomas COUSTHAM
Marfiza Victoria BERRIO NAVARRO
Hélène COULOMBEAU-LEROY
Sébastien Leplat
Quentin LESUEUR
Didrik HAUDEBOURG
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TotalEnergies Onetech SAS
Original Assignee
TotalEnergies Onetech SAS
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    • C10G2300/44Solvents

Definitions

  • TITLE PROCESS FOR PURIFYING A PYROLYSIS OIL WITH A VIEW TO ITS VALORIZATION BY STEAM CRACKING
  • the invention relates to the recovery of oils from the pyrolysis of waste, in particular as feedstock for a steam cracking process.
  • the process according to the invention makes it possible in particular to purify the pyrolysis oil resulting from plastic waste of all kinds, whatever their origin.
  • This plastic waste may contain other types of waste in varying proportions, such as lignocellulosic biomass and/or elastomers.
  • Liquid pyrolysis products also called pyrolysis oils
  • pyrolysis oils can however have high levels of undesirable compounds, particularly for use in charge of a steam cracking treatment.
  • undesirable compounds include heteroatoms, in particular oxygen, nitrogen, sulfur, but also halogens and transition metals.
  • Other undesirable compounds include unsaturated hydrocarbon compounds, including aromatics and dienes.
  • Document WO2020/212315 describes a process for recovering aliphatic hydrocarbons from a liquid product of the pyrolysis of plastic waste, in particular a mixture of plastics. This liquid product is subjected to extraction with a solvent making it possible to obtain a raffinate with a reduced content of aromatic hydrocarbons and/or polar compounds by compared to the liquid product.
  • a first object of the invention relates to a process for purifying a pyrolysis oil resulting from the pyrolysis of waste containing plastics, comprising the following steps:
  • a pyrolysis oil containing saturated and unsaturated hydrocarbon compounds and polar compounds comprising at least one heteroatom selected from oxygen, sulfur, nitrogen, a transition metal, an alkali metal, an alkaline-earth metal, a halogen,
  • the process according to the invention makes it possible to extract at least 20% m/m, at least 30% m/m, or even at least 40% m/m or at least 50% m/m of all the polar compounds initially contained in the pyrolysis oil, in particular several polar compounds, in particular those containing oxygen, sulfur, nitrogen, halogens, in particular chlorine, fluorine and bromine, and metals, in particular transition metals, especially iron.
  • the process according to the invention can also make it possible to extract at least 10% m/m of the unsaturated hydrocarbon compounds.
  • the pyrolysis oil treated in the present invention (and supplied during the first stage) is a pyrolysis oil resulting from the pyrolysis of waste comprising plastics.
  • the pyrolysis oil supplied can be a liquid organic phase resulting from the pyrolysis of waste chosen from plastics and at least least one other waste such as biomass, for example chosen from lignocellulosic biomass, paper and cardboard, and/or one or more elastomers.
  • Typical polymers found in plastics are polystyrene (PS), poly(ethylene terephthalate) (PET), polypropylene (PP), acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), polybutylene, poly( butylene terephthalate) (PBT), high and low density polyethylene (PE), halogenated (Cl, F) or not, polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene chloride (PVDC), etc., or the polymers obtained by polycondensation such as polyamides, polyesters, polyesteramides, etc.
  • Elastomers are linear or branched polymers transformed by vulcanization into an infusible weakly cross-linked three-dimensional network and insoluble. They include natural or synthetic rubbers. They can be part of tire-type waste or any other household or industrial waste containing elastomers, natural and/or synthetic rubber, mixed or not with other components, such as plastics, plasticizers, fillers, vulcanizing agent, vulcanization accelerators, additives, etc.
  • Biomass can be defined as an organic plant or animal product. Biomass thus includes:
  • Pyrolysis oils from biomass are produced by depolymerization and fragmentation of the constituent elements of biomass (holocelluloses (cellulose, hemicellulose), lignin), typically under the action of a rapid increase ( ⁇ 2 seconds) in temperature at 450°C-550°C and rapid quenching of intermediate degradation products.
  • Pyrolysis oils from biomass consist of water (typically 10 to 35% m/m) and a complex mixture of oxygenated compounds. Their elementary composition is close to the composition of the starting biomass with in particular a high oxygen content (from 40 to 60% m/m).
  • the pyrolysis oil supplied may then comprise at least 1% m/m of an organic phase resulting from the pyrolysis of one or more of these other wastes, optionally from 1 to 50% m/m, from 2 to 30% m/m or within an interval defined by any two of these limits.
  • the organic phase or phases resulting from the pyrolysis of at least one other waste are organic phases resulting from the pyrolysis of biomass, or comprise at least 50% m/m, 60% m/m or 80% m/ m, preferably at least 90% m/m of one or more organic phases resulting from the pyrolysis of biomass.
  • the pyrolysis oil treated by the process according to the invention comprises polar compounds and optionally unsaturated compounds which are undesirable, in particular for subsequent use of the pyrolysis oil as feedstock for a steam cracker.
  • the unsaturated compounds can be aromatic compounds and gum precursor diolefins. Their presence can lead to instability of the pyrolysis oil over time with, for example, a variation in viscosity, volatility, potential separation of phases, formation of gums. In addition, the presence of rubber causes clogging problems in the installations.
  • the organic compounds comprising heteroatoms can comprise amines, amides, nitriles, esters, ethers, acids, aldehydes, ketones, alcohols.
  • Organic compounds comprising heteroatoms can be aliphatic or aromatic.
  • acids aldehydes (including hydroxy-aldehydes), ketones (including hydroxy-ketones), alcohols (phenols, methanol, ethanol, are present when the treated waste is biomass, in particular lignocellulosic biomass.
  • the extraction solvent is a polar solvent, it can have a higher or lower density than the density of the treated pyrolysis oil.
  • the extraction solvent is also an immiscible solvent in the pyrolysis oil to be purified.
  • the extraction solvent (or a mixture of solvents where appropriate) is immiscible when its recovery rate is greater than or equal to 0.95.
  • This recovery rate is defined as the ratio of the volume of extract to the volume of initial solvent, this extract being a phase containing the solvent, immiscible with the pyrolysis oil, recovered after agitation then decantation of a mixture of one part by volume of solvent with twenty-five parts by volume of the pyrolysis oil to be purified, at atmospheric pressure and at a temperature of 20°C.
  • this recovery rate can be determined by following the following procedure:
  • the polar solvent can contain one or more heteroatoms, in particular chosen from oxygen, sulfur and nitrogen, preferably oxygen.
  • the polar solvent immiscible with the pyrolysis oil to be purified can be chosen from:
  • An acid pH can be obtained by adding one or more organic or inorganic acids.
  • organic acids that can be used include citric acid (C6H 8 O 7 ), formic acid (CH 2 O 2 ), acetic acid (CH 3 COOH), sulfamic acid (H3NSO3).
  • inorganic acids are hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO3), sulfuric acid (H2SO4), phosphoric acid (H3PO4).
  • glycol ethers including in particular polyethylene glycol with the chemical formula HO-(CH 2 -CH2-O) n -H with a mass-average molar mass of 90 to 800 g/mol, for example diethylene glycol and tetraethylene glycol, polypropylene glycol of chemical formula H[OCH(CH 3 )CH 2 ] n OH with a mass-average molar mass of 130 to 800 g/mol, for example dipropylene glycol and tetrapropylene glycol,
  • dialkyl formamides in which the alkyl group can comprise from 1 to 8 or from 1 to 3 carbon atoms, in particular dimethyl formamide (DMF),
  • furfural for example furfural, 5- (hydroxymethyl)furfural, furfuryl alcohol (2-furanemethanol),
  • - cyclic carbonate esters comprising in particular from 3 to 8 or from 3 to 4 carbon atoms, in particular propylene carbonate and ethylene carbonate.
  • One or more of the aforementioned solvents can be used. However, advantageously, only one of the aforementioned solvents can be used as extraction solvent provided that it is immiscible with the oil to be purified.
  • the extraction solvent can be a glycol ether, in particular polyethylene glycol with the chemical formula HO-(CH 2 -CH 2 -O) n -H with mass mass-average molar mass of 90 to 800 g/mol or polypropylene glycol with the chemical formula H[OCH(CH 3 )CH 2 ] n OH with a mass-average molar mass of 130 to 800 g/mol, or a compound comprising a furan cycle, or a cyclic carbonate ester, in particular propylene or ethylene carbonate, alone or as a mixture, preferably alone.
  • a glycol ether in particular polyethylene glycol with the chemical formula HO-(CH 2 -CH 2 -O) n -H with mass mass-average molar mass of 90 to 800 g/mol or polypropylene glycol with the chemical formula H[OCH(CH 3 )CH 2 ] n OH with a mass-average molar mass of 130 to 800 g/mol, or a
  • the extraction solvent is chosen from propylene carbonate, ethylene carbonate and polyethylene glycol of chemical formula HO-(CH 2 -CH2-O) n -H of average molar mass in mass of 90 to 800 g/mol, alone or as a mixture, preferably alone.
  • the pyrolysis oil and the extraction solvent can be introduced into tanks, reactors or mixers commonly used in the profession and the two components can be mixed.
  • Contacting may include vigorous agitation of the two components by a mixing device.
  • the two components can be mixed together by agitation or by shaking.
  • the contacting can be carried out in an enclosure in which the pyrolysis oil and the extraction solvent circulate in countercurrent.
  • the method may comprise: a second contacting step during which the recovered raffinate is brought into contact with a new batch of the same extraction solvent as that used during the first contacting step mentioned, - followed by a second step of recovering a second extract and a second immiscible raffinate, optionally, these two steps are repeated n times on the raffinate recovered during the recovery step from the previous iteration, where n is a nonzero integer.
  • a purified pyrolysis oil which can subsequently be subjected to a steam cracking process (alone or in a mixture) is then formed by the raffinate of the last iteration carried out.
  • the volume ratio of the extraction solvent to the pyrolysis oil can be from 0.05:1 to 5:1, preferably from 0.5:1 to 2:1, for example 1:1 or in a range defined by the combination of the above values.

Abstract

The invention relates to a method for purifying a pyrolysis oil originating from the pyrolysis of waste including plastics by liquid/liquid extraction. This extraction is performed by means of a polar solvent that is immiscible with pyrolysis oil, for which a recovery rate is obtained greater than or equal to 0.95, this recovery rate being defined as the ratio of the extract volume over the initial volume of solvent, this extract being a phase containing the solvent which is immiscible with pyrolysis oil, recovered after agitation then decantation of a mixture of one part by volume of solvent with twenty-five parts by volume of pyrolysis oil at atmospheric pressure and at a temperature of 20°C.

Description

DESCRIPTION DESCRIPTION
TITRE : PROCEDE DE PURIFICATION D’UNE HUILE DE PYROLYSE EN VUE DE SA VALORISATION PAR VAPOCRAQUAGE TITLE: PROCESS FOR PURIFYING A PYROLYSIS OIL WITH A VIEW TO ITS VALORIZATION BY STEAM CRACKING
Domaine de l’invention Field of invention
L’invention concerne la valorisation d’huiles provenant de la pyrolyse de déchets, en particulier en tant que charge d’un procédé de vapocraquage. Le procédé selon l’invention permet en particulier de purifier l’huile de pyrolyse issue de déchets plastiques de toutes sortes, quelle que soit leur origine. Ces déchets plastiques peuvent contenir en proportions variables d’autres types de déchets comme par exemple la biomasse lignocellulosique et/ou des élastomères. The invention relates to the recovery of oils from the pyrolysis of waste, in particular as feedstock for a steam cracking process. The process according to the invention makes it possible in particular to purify the pyrolysis oil resulting from plastic waste of all kinds, whatever their origin. This plastic waste may contain other types of waste in varying proportions, such as lignocellulosic biomass and/or elastomers.
Art antérieur Prior art
La pyrolyse est une décomposition endothermique en atmosphère réductrice (atmosphère dépourvue en oxygène ou pauvre en oxygène ou atmosphère de gaz inertes) sous l’effet de la chaleur (à partir de 300°C). Ce procédé permet la décomposition de matière organique solide en trois phases : solide (coke de pyrolyse ou char), liquide (constituée de condensables lourds, huiles de pyrolyse ou goudrons ou légers, H2O) et gazeuse (CO, H2, CO2, oléfines et paraffines courtes). Cette matière organique solide peut comprendre des matières plastiques, de la biomasse, des déchets agricoles, des déchets ménagers. Avec l’augmentation du volume des déchets, la pyrolyse permet d’envisager de valoriser ces déchets en les convertissant en produits liquides pouvant ensuite être traités pour produire des produits à haute valeur ajoutée.Pyrolysis is an endothermic decomposition in a reducing atmosphere (atmosphere devoid of oxygen or poor in oxygen or atmosphere of inert gases) under the effect of heat (from 300°C). This process allows the decomposition of solid organic matter into three phases: solid (pyrolysis coke or char), liquid (consisting of heavy condensables, pyrolysis oils or tars or light, H 2 O) and gaseous (CO, H 2 , CO 2 , olefins and short paraffins). This solid organic material can include plastics, biomass, agricultural waste, household waste. With the increase in the volume of waste, pyrolysis makes it possible to consider recovering this waste by converting it into liquid products that can then be treated to produce products with high added value.
Les produits liquides de la pyrolyse, aussi appelés huiles de pyrolyse, peuvent cependant présenter des teneurs élevées en composés indésirables en particulier pour une utilisation en charge d’un traitement de vapocraquage. Ces composés indésirables (ou contaminants) comprennent des hétéroatomes, en particulier oxygène, azote, soufre, mais aussi halogènes et métaux de transition. D’autres composés indésirables comprennent les composés hydrocarbonés insaturés, notamment les aromatiques et les diènes. Liquid pyrolysis products, also called pyrolysis oils, can however have high levels of undesirable compounds, particularly for use in charge of a steam cracking treatment. These undesirable compounds (or contaminants) include heteroatoms, in particular oxygen, nitrogen, sulfur, but also halogens and transition metals. Other undesirable compounds include unsaturated hydrocarbon compounds, including aromatics and dienes.
Le document WO2020/212315 décrit un procédé de récupération des hydrocarbures aliphatiques à partir d’un produit liquide de la pyrolyse de déchets plastiques, notamment d’un mélange de plastiques. Ce produit liquide est soumis à une extraction par un solvant permettant d’obtenir un raffinât à teneur réduite en hydrocarbures aromatiques et /ou en composés polaires par rapport au produit liquide. Ces composés polaires sont des composés organiques contenant des hétéroatomes (N, S, O) ou des sels pouvant comprendre un cation, tel que le cation ammonium, un cation de métal alcalin, un cation d’élément alcalino terreux, un cation d’un métal de transition, et un anion, tel qu’un ion carboxylate, sulfate, phosphate ou halogénure. Le raffinât résultant de l’extraction liquide-liquide subit ensuite à nouveau une extraction par l’eau afin d’éliminer le solvant présent dans le raffinât, ce qui est coûteux en ressources. Document WO2020/212315 describes a process for recovering aliphatic hydrocarbons from a liquid product of the pyrolysis of plastic waste, in particular a mixture of plastics. This liquid product is subjected to extraction with a solvent making it possible to obtain a raffinate with a reduced content of aromatic hydrocarbons and/or polar compounds by compared to the liquid product. These polar compounds are organic compounds containing heteroatoms (N, S, O) or salts which can comprise a cation, such as the ammonium cation, an alkali metal cation, an alkaline earth element cation, a cation of a transition metal, and an anion, such as a carboxylate, sulfate, phosphate or halide ion. The raffinate resulting from the liquid-liquid extraction then undergoes again an extraction with water in order to eliminate the solvent present in the raffinate, which is costly in terms of resources.
Le document WO2020/178599A1 décrit un procédé de valorisation d'une huile de pyrolyse issue de la pyrolyse de plastique ou de caoutchouc, ou d’une combinaison de ceux-ci. L’huile de pyrolyse est traitée avec une solution d’extraction comprenant un solvant organique polaire pour fournir un mélange comprenant un extrait et un raffinât. Le raffinât obtenu par ce procédé d’extraction est une huile de pyrolyse présentant une teneur réduite en composés indésirables tels que résidus solides, oléfines et composés comprenant des hétéroatomes (soufre, azote et halogène). Les composés oxygénés sont considérés comme des composés désirables. La solution de valorisation peut en outre comprendre un fluide hydrocarboné (alcanes ou alcènes, ou mélange des deux) pour favoriser la séparation du raffinât et de l’extrait. Document WO2020/178599A1 describes a method for recovering a pyrolysis oil from the pyrolysis of plastic or rubber, or a combination thereof. The pyrolysis oil is treated with an extraction solution comprising a polar organic solvent to provide a mixture comprising an extract and a raffinate. The raffinate obtained by this extraction process is a pyrolysis oil with a reduced content of undesirable compounds such as solid residues, olefins and compounds comprising heteroatoms (sulphur, nitrogen and halogen). Oxygenated compounds are considered desirable compounds. The upgrading solution may further comprise a hydrocarbon fluid (alkanes or alkenes, or a mixture of the two) to promote the separation of the raffinate and the extract.
Ces documents ne décrivent pas le traitement d’huiles de pyrolyse provenant de la pyrolyse de déchets plastiques en mélange avec d’autres types de déchets. These documents do not describe the treatment of pyrolysis oils from the pyrolysis of plastic waste mixed with other types of waste.
Résumé de l’invention Summary of the invention
L’invention vise à proposer un procédé de purification d’une huile de pyrolyse permettant de réduire de manière notable la quantité de composés comprenant des hétéroatomes, et tout particulièrement l’oxygène, l’azote, le soufre, les métaux, en particulier les métaux de transition, et les halogénures initialement contenus dans l’huile de pyrolyse. L’invention peut aussi permettre de réduire la quantité de composés hydrocarbonés insaturés initialement contenus dans l’huile de pyrolyse, notamment les composés aromatiques et les dioléfines.The aim of the invention is to propose a method for purifying a pyrolysis oil which makes it possible to significantly reduce the quantity of compounds comprising heteroatoms, and most particularly oxygen, nitrogen, sulfur, metals, in particular transition metals, and the halides initially contained in the pyrolysis oil. The invention can also make it possible to reduce the quantity of unsaturated hydrocarbon compounds initially contained in the pyrolysis oil, in particular aromatic compounds and diolefins.
Un premier objet de l’invention concerne un procédé de purification d’une huile de pyrolyse issue de la pyrolyse de déchets contenant des plastiques, comprenant les étapes suivantes :A first object of the invention relates to a process for purifying a pyrolysis oil resulting from the pyrolysis of waste containing plastics, comprising the following steps:
- la fourniture d’une huile de pyrolyse contenant des composés hydrocarbonés saturés et insaturés et des composés polaires comprenant au moins un hétéroatome choisi parmi l’oxygène, le soufre, l’azote, un métal de transition, un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, un halogène,- the supply of a pyrolysis oil containing saturated and unsaturated hydrocarbon compounds and polar compounds comprising at least one heteroatom selected from oxygen, sulfur, nitrogen, a transition metal, an alkali metal, an alkaline-earth metal, a halogen,
- la mise en contact de l’huile de pyrolyse avec un solvant d’extraction polaire non miscible avec l’huile de pyrolyse,- bringing the pyrolysis oil into contact with a polar extraction solvent immiscible with the pyrolysis oil,
- la récupération d’un extrait et d’un raffinât non miscibles, l’extrait contenant le solvant d’extraction et au moins une partie des composés polaires, et optionnellement au moins une partie des composés hydrocarbonés insaturés, initialement contenus dans l’huile de pyrolyse, le raffinât contenant une huile de pyrolyse traitée à teneur réduite en composés polaires et optionnellement en composés hydrocarbonés insaturés, dans lequel le solvant d’extraction polaire non miscible avec l’huile de pyrolyse est un solvant pour lequel on obtient un taux de récupération supérieur ou égal à 0,95, ce taux de récupération étant défini comme le rapport du volume d’un extrait sur le volume de solvant initial, et cet extrait est une phase contenant le solvant, non miscible avec l’huile de pyrolyse, récupérée après agitation puis décantation d’un mélange d’une partie par volume de solvant avec vingt cinq parties par volume de l’huile de pyrolyse à pression atmosphérique et à une température de 20°C. - the recovery of an extract and an immiscible raffinate, the extract containing the extraction solvent and at least a part of the polar compounds, and optionally at least a part of the unsaturated hydrocarbon compounds, initially contained in the oil pyrolysis oil, the raffinate containing a treated pyrolysis oil with a reduced content of polar compounds and optionally of unsaturated hydrocarbon compounds, in which the polar extraction solvent immiscible with the pyrolysis oil is a solvent for which a degree of recovery greater than or equal to 0.95, this recovery rate being defined as the ratio of the volume of an extract to the volume of initial solvent, and this extract is a phase containing the solvent, immiscible with the pyrolysis oil, recovered after stirring and then decantation of a mixture of one part by volume of solvent with twenty-five parts by volume of the pyrolysis oil at atmospheric pressure and at a temperature of 20°C.
Le raffinât obtenu par le procédé selon l’invention est ainsi dépourvu ou quasiment dépourvu de solvant de sorte qu’il n’a pas besoin de subir une autre étape d’extraction avant utilisation. The raffinate obtained by the process according to the invention is thus devoid or almost devoid of solvent so that it does not need to undergo another extraction step before use.
Le procédé selon l’invention permet d’extraire au moins 20%m/m, au moins 30%m/m, voire au moins 40%m/m ou au moins 50%m/m de la totalité des composés polaires contenus initialement dans l’huile de pyrolyse, notamment plusieurs composés polaires, en particulier ceux contenant de l’oxygène, du soufre, de l’azote, des halogènes, en particulier chlore, fluor et brome, et des métaux, notamment des métaux de transition, en particulier le fer. Le procédé selon l’invention peut également permettre d’extraire au moins 10%m/m des composés hydrocarbonés insaturés. The process according to the invention makes it possible to extract at least 20% m/m, at least 30% m/m, or even at least 40% m/m or at least 50% m/m of all the polar compounds initially contained in the pyrolysis oil, in particular several polar compounds, in particular those containing oxygen, sulfur, nitrogen, halogens, in particular chlorine, fluorine and bromine, and metals, in particular transition metals, especially iron. The process according to the invention can also make it possible to extract at least 10% m/m of the unsaturated hydrocarbon compounds.
L’invention a également pour objet un procédé de vapocraquage comprenant une étape de vapocraquage d’un raffinât d’huile de pyrolyse récupéré lors de la mise en œuvre du procédé selon l’invention. The invention also relates to a steam cracking process comprising a steam cracking step of a pyrolysis oil raffinate recovered during the implementation of the process according to the invention.
Ce raffinât d’huile de pyrolyse peut être pur ou dilué, notamment introduit en mélange avec une charge typique de vapocraquage. This pyrolysis oil raffinate can be pure or diluted, in particular introduced as a mixture with a typical steam cracking charge.
Description détaillée de l’invention Lors de la description de l'invention, les termes utilisés doivent être interprétés conformément aux définitions suivantes, à moins que le contexte n'en décide autrement. Detailed description of the invention When describing the invention, the terms used should be interpreted in accordance with the following definitions, unless the context dictates otherwise.
Les termes "comprenant", "comprend" tels qu'ils sont utilisés ici sont synonymes de "incluant", "inclut" ou "contenant", "contient", et sont inclusifs ou non et n'excluent pas des membres, des éléments ou des étapes de méthode supplémentaires non décrits. Il sera apprécié que les termes "comprenant", "comprend" et "composé de" tels qu'utilisés ici comprennent les termes "composé de", "consiste en" et "se compose de". The terms "comprising", "comprises" as used herein are synonymous with "including", "includes" or "containing", "contains", and are whether or not inclusive of and do not exclude members, elements or additional method steps not described. It will be appreciated that the terms "comprising", "comprises" and "comprises of" as used herein include the terms "comprises of", "consists of" and "consists of".
La description de plages numériques par des valeurs limites comprend tous les nombres entiers et, le cas échéant, les fractions inclues dans cette plage (par exemple, 1 à 5 peut comprendre 1 , 2, 3, 4, 5 lorsqu'il s'agit, par exemple, d'un certain nombre d'éléments, et peut également comprendre 1 ,5 ; 2 ; 2,75 et 3,80, lorsqu'il s'agit, par exemple, de mesures). La description de plages numériques comprend également les valeurs limites en elles-mêmes (par exemple, de 1 ,0 à 5,0 comprend à la fois 1 ,0 et 5,0). Toute plage numérique mentionnée dans le présent document est destinée à inclure toutes les sous plages qui y sont incluses. The description of numerical ranges by limit values includes all the whole numbers and, if applicable, the fractions included in this range (for example, 1 to 5 can include 1 , 2, 3, 4, 5 when it comes to , for example, of a number of elements, and may also include 1 .5; 2; 2.75 and 3.80, when it comes, for example, to measures). The description of numerical ranges also includes the limit values themselves (for example, from 1 .0 to 5.0 includes both 1 .0 and 5.0). Any numeric range mentioned herein is intended to include all sub-ranges included therein.
Toutes les références citées dans la présente spécification sont incorporées par référence dans leur intégralité. En particulier, les enseignements de toutes les références auxquelles il est fait spécifiquement référence dans la présente spécification sont incorporés par référence. All references cited in this specification are incorporated by reference in their entirety. In particular, the teachings of all references specifically referred to in this specification are incorporated by reference.
Les caractéristiques et les modes de réalisation de la présente invention sont indiqués ci-dessous. Chaque caractéristique et mode de réalisation de l'invention ainsi définie peut être combinée avec toute autre caractéristique et/ou mode de réalisation, sauf mention contraire. En particulier, toute caractéristique indiquée comme étant préférée ou avantageuse peut être combinée avec toute autre caractéristique ou mode de réalisation indiqué comme étant préféré ou avantageux. The features and embodiments of the present invention are shown below. Each feature and embodiment of the invention thus defined may be combined with any other feature and/or embodiment, unless otherwise stated. In particular, any feature indicated as being preferred or advantageous may be combined with any other characteristic or embodiment indicated as being preferred or advantageous.
Huile de pyrolyse Pyrolysis oil
L’huile de pyrolyse traitée dans la présente invention (et fournie lors de la première étape) est une huile de pyrolyse issue de la pyrolyse de déchets comprenant des plastiques. The pyrolysis oil treated in the present invention (and supplied during the first stage) is a pyrolysis oil resulting from the pyrolysis of waste comprising plastics.
Avantageusement, l’huile de pyrolyse fournie peut être une phase organique liquide résultant de la pyrolyse de déchets choisis parmi les plastiques et d’au moins un autre déchet tel que la biomasse, par exemple choisie parmi la biomasse ligno-cellulosique, le papier et le carton, et/ou un ou plusieurs élastomères. Advantageously, the pyrolysis oil supplied can be a liquid organic phase resulting from the pyrolysis of waste chosen from plastics and at least least one other waste such as biomass, for example chosen from lignocellulosic biomass, paper and cardboard, and/or one or more elastomers.
Cette phase organique liquide peut être un mélange de phases organiques liquides, chaque phase organique provenant de la pyrolyse de l’un des déchets précités, ou peut être une unique phase organique liquide résultant de la pyrolyse de l’un des déchets précités ou d’un mélange de deux ou plusieurs des déchets précités. Autrement dit, l’huile de pyrolyse traitée dans la présente invention peut être une unique huile de pyrolyse ou un mélange de plusieurs huiles de pyrolyse. This liquid organic phase can be a mixture of liquid organic phases, each organic phase coming from the pyrolysis of one of the aforementioned wastes, or can be a single liquid organic phase resulting from the pyrolysis of one of the aforementioned wastes or from a mixture of two or more of the aforementioned wastes. In other words, the pyrolysis oil treated in the present invention can be a single pyrolysis oil or a mixture of several pyrolysis oils.
Typiquement, la phase organique liquide résulte de la pyrolyse du ou des déchets précités à une température de 300 à 1000°C ou de 400 à 700°C, cette pyrolyse étant par exemple une pyrolyse rapide, une pyrolyse flash, ou une pyrolyse catalytique ou une hydropyrolyse. Typically, the liquid organic phase results from the pyrolysis of the aforementioned waste(s) at a temperature of 300 to 1000° C. or 400 to 700° C., this pyrolysis being for example rapid pyrolysis, flash pyrolysis, or catalytic pyrolysis or hydropyrolysis.
Les plastiques peuvent être tout type de plastiques neufs ou usagers, compris dans des déchets ménagers (post consommation) ou industriels. Par plastiques, on entend les matières constituées de polymères et optionnellement de composants auxiliaires tels que plastifiants, charges, colorants, catalyseurs, ignifugeants, stabilisants,... . Ces polymères peuvent être choisis parmi des polymères thermodurcissables et des polymères thermoplastiques. Il s’agit typiquement de polymères ou copolymères à base de polyoléfines, polymères vinyliques, polymères styréniques, polymères acryliques, polyamides, polyesters, polyuréthanes, polycarbonates, polyéthers, polymères époxydes, polyacétals, polyimides, silicones. En particulier, la présente invention permet de traiter une huile de pyrolyse de déchets comprenant des mélanges de deux ou plusieurs de ces polymères ou copolymères, ou de traiter des mélanges de deux ou plusieurs huiles de pyrolyse, chaque huile étant issue de la pyrolyse de déchets comprenant un ou plusieurs de ces polymères ou copolymères. Plastics can be any type of new or used plastics, included in household (post-consumer) or industrial waste. By plastics, we mean materials made up of polymers and optionally of auxiliary components such as plasticizers, fillers, dyes, catalysts, flame retardants, stabilizers, etc. These polymers can be chosen from thermosetting polymers and thermoplastic polymers. These are typically polymers or copolymers based on polyolefins, vinyl polymers, styrenic polymers, acrylic polymers, polyamides, polyesters, polyurethanes, polycarbonates, polyethers, epoxy polymers, polyacetals, polyimides, silicones. In particular, the present invention makes it possible to treat a waste pyrolysis oil comprising mixtures of two or more of these polymers or copolymers, or to treat mixtures of two or more pyrolysis oils, each oil being obtained from the pyrolysis of waste comprising one or more of these polymers or copolymers.
Les polymères types présents dans les plastiques sont le polystyrène (PS), le poly (téréphthalate d’éthylène) (PET), le polypropylène (PP), , l’acrylonitrile- butadiène-styrène (ABS), le polybutylène, le poly(térephthalate de butylène) (PBT), le polyéthylène (PE) haute et basse densité, halogéné (Cl, F) ou non, le chlorure de polyvinyle (PVC), le polychlorure de vinylidène (PVDC), etc, ou encore les polymères obtenus par polycondensation tels que polyamides, polyesters, polyesteramides, etc. Typical polymers found in plastics are polystyrene (PS), poly(ethylene terephthalate) (PET), polypropylene (PP), acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), polybutylene, poly( butylene terephthalate) (PBT), high and low density polyethylene (PE), halogenated (Cl, F) or not, polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene chloride (PVDC), etc., or the polymers obtained by polycondensation such as polyamides, polyesters, polyesteramides, etc.
Les élastomères sont des polymères linéaires ou ramifiés transformés par vulcanisation en un réseau tridimensionnel faiblement réticulé infusible et insoluble. Ils incluent les caoutchoucs naturels ou synthétiques. Ils peuvent faire partie de déchets de type pneu ou de tout autre déchet ménager ou industriel contenant des élastomères, du caoutchouc naturel et/ou synthétique, en mélange ou non avec d’autres composants, tels que plastiques, plastifiants, charges, agent vulcanisant, accélérateurs de vulcanisation, additifs, etc. Des exemples de polymères élastomères incluent les copolymères éthylène- propylène, le terpolymère éthylène-propylène-diène (EPDM), le polyisoprène (naturel ou synthétique), le polybutadiène, les copolymères styrène-butadiène, les polymères à base d’isobutène, les copolymères d'isobutylène isoprène, chlorés ou bromés, les copolymères de butadiène acrylonitrile (NBR), et les polychloroprènes (CR), les polyuréthanes, les élastomères de silicone, etc.Elastomers are linear or branched polymers transformed by vulcanization into an infusible weakly cross-linked three-dimensional network and insoluble. They include natural or synthetic rubbers. They can be part of tire-type waste or any other household or industrial waste containing elastomers, natural and/or synthetic rubber, mixed or not with other components, such as plastics, plasticizers, fillers, vulcanizing agent, vulcanization accelerators, additives, etc. Examples of elastomeric polymers include ethylene-propylene copolymers, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), polyisoprene (natural or synthetic), polybutadiene, styrene-butadiene copolymers, isobutene-based polymers, polyisoprene of isobutylene isoprene, chlorinated or brominated, copolymers of butadiene acrylonitrile (NBR), and polychloroprenes (CR), polyurethanes, silicone elastomers, etc.
Le tableau 1 suivant regroupe les principales caractéristiques des huiles de pyrolyse de plastiques. Table 1 below lists the main characteristics of plastic pyrolysis oils.
Tableau 1 Table 1
GC : chromatographie gazeuse GC: gas chromatography
ICP-MS : spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif ICP-MS: inductively coupled plasma mass spectrometry
ICP-AES : spectrométrie d'émission atomique - plasma à couplage inductif (*) mesure par la norme ASTM D873. ICP-AES: atomic emission spectrometry - inductively coupled plasma (*) measurement by standard ASTM D873.
(**) aussi noté MAV (pour « Maleic Anhydride Value » en anglais) (**) also noted MAV (for “Maleic Anhydride Value” in English)
La biomasse peut être définie comme un produit organique végétal ou animal. La biomasse comprend ainsi : Biomass can be defined as an organic plant or animal product. Biomass thus includes:
- la biomasse produite par le surplus des terres agricoles, non utilisées pour l’alimentation humaine ou animale : cultures dédiées, appelées cultures énergétiques ; - la biomasse produite par le déboisement (entretien de forêt) ou le nettoyage de terres agricoles ; - biomass produced by surplus agricultural land, not used for human or animal food: dedicated crops, called energy crops; - the biomass produced by deforestation (forest maintenance) or the cleaning of agricultural land;
- les résidus agricoles issus des cultures de céréales, vignes, vergers, oliviers, fruits et légumes, résidus de l’agroalimentaire,... ; - agricultural residues from cereal crops, vines, orchards, olive trees, fruits and vegetables, food residues, etc.;
- les résidus forestiers issus de la sylviculture et de la transformation du bois ;- forest residues from forestry and wood processing;
- les résidus agricoles issus de l’élevage (fumier, lisier, litières, fientes,...) ; - agricultural residues from livestock (manure, slurry, litter, droppings, etc.);
- les déchets organiques des ménages (papiers, cartons, déchets verts,...) ;- organic household waste (paper, cardboard, green waste, etc.);
- les déchets organiques industriels banals (papiers, cartons, bois, déchets putrescibles,...). - ordinary industrial organic waste (paper, cardboard, wood, putrescible waste, etc.).
L’huile de pyrolyse traitée par l’invention peut provenir de la pyrolyse d’une ou plusieurs des biomasses, résidus et déchets organiques précités. The pyrolysis oil treated by the invention can come from the pyrolysis of one or more of the aforementioned biomasses, residues and organic waste.
Avantageusement, l’huile de pyrolyse traitée par l’invention peut résulter de la pyrolyse d’une biomasse ligno-cellulosique, essentiellement constituée de cellulose, d’hémicellulose et de lignine, par exemple de type bois (feuillus, résineux), paille, cultures énergétiques (taillis à courte rotation (TCR), taillis à très courte rotation (TTCR), miscanthus, switchgrass, sorgho...) et résidus de biomasse forestière ou agricole tels que écorces, copeaux, sciures, bagasses. Les huiles de pyrolyse issues de la biomasse sont produites par dépolymérisation et fragmentation des éléments constitutifs de la biomasse (holocelluloses (cellulose, hémicellulose), lignine), typiquement sous l’action d’une augmentation rapide (<2 secondes) de la température à 450°C-550°C et d’une trempe rapide des produits intermédiaires de dégradation. Les huiles de pyrolyse issues de la biomasse sont constituées d’eau (typiquement de 10 à 35%m/m) et d’un mélange complexe de composés oxygénés. Leur composition élémentaire est proche de la composition de la biomasse de départ avec en particulier une teneur importante en oxygène (de 40 à 60%m/m). Advantageously, the pyrolysis oil treated by the invention can result from the pyrolysis of a ligno-cellulosic biomass, essentially consisting of cellulose, hemicellulose and lignin, for example of the wood (hardwood, softwood), straw, energy crops (short rotation coppice (SCR), very short rotation coppice (SRCT), miscanthus, switchgrass, sorghum, etc. and forest or agricultural biomass residues such as bark, chips, sawdust, bagasse. Pyrolysis oils from biomass are produced by depolymerization and fragmentation of the constituent elements of biomass (holocelluloses (cellulose, hemicellulose), lignin), typically under the action of a rapid increase (<2 seconds) in temperature at 450°C-550°C and rapid quenching of intermediate degradation products. Pyrolysis oils from biomass consist of water (typically 10 to 35% m/m) and a complex mixture of oxygenated compounds. Their elementary composition is close to the composition of the starting biomass with in particular a high oxygen content (from 40 to 60% m/m).
Le tableau 2 suivant regroupe les principales caractéristiques des huiles de pyrolyse de biomasse ligno-cellulosique. Table 2 below groups together the main characteristics of lignocellulosic biomass pyrolysis oils.
Tableau 2 Table 2
L’huile de pyrolyse traitée par l’invention peut aussi résulter de la pyrolyse du papier et/ou du carton. The pyrolysis oil treated by the invention can also result from the pyrolysis of paper and/or cardboard.
Avantageusement, l’huile de pyrolyse traitée dans le procédé selon l’invention peut être une phase organique liquide résultant de la pyrolyse de déchets comprenant 50%m/m ou plus de plastiques, optionnellement de 50%m/m à 99%m/m de plastiques, optionnellement en mélange avec de la biomasse, un élastomère ou des mélanges de ceux-ci. Cette phase organique liquide peut provenir de la pyrolyse de plastiques très différents, autrement dit d’un mélange de deux ou plusieurs des polymères ou copolymères précités. Advantageously, the pyrolysis oil treated in the process according to the invention can be a liquid organic phase resulting from the pyrolysis of waste comprising 50% m/m or more of plastics, optionally from 50% m/m to 99% m/ m of plastics, optionally mixed with biomass, elastomer or mixtures thereof. This liquid organic phase can come from the pyrolysis of very different plastics, in other words from a mixture of two or more of the aforementioned polymers or copolymers.
Avantageusement, l’huile de pyrolyse peut être une phase organique liquide résultant de la pyrolyse de déchets, ces déchets comprenant des plastiques, notamment dans les proportions indiquées ci-dessus, et au moins 1 %m/m d’au moins un autre déchet différent d’un plastique. Advantageously, the pyrolysis oil can be a liquid organic phase resulting from the pyrolysis of waste, this waste comprising plastics, in particular in the proportions indicated above, and at least 1% m/m of at least one other waste different from plastic.
Cet autre déchet peut être choisi parmi un élastomère et de la biomasse, en particulier une ou plusieurs biomasses choisies parmi la biomasse ligno- cellulosique, le papier et le carton. Autrement dit, les déchets traités peuvent comprendre au moins 1 %m/m d’un ou plusieurs de ces déchets de type biomasse et/ou élastomère, optionnellement de 1 à 50% m/m, de 2 à 30%m/m ou dans un intervalle défini par deux quelconques de ces limites. De préférence, le ou les déchets ajoutés aux plastiques sont de la biomasse, ou la biomasse représente au moins 50%m/m, 60%m%m ou 80%m/m, de préférence au moins 90%m/m du ou des déchets ajoutés. This other waste can be chosen from an elastomer and biomass, in particular one or more biomasses chosen from lignocellulosic biomass, paper and cardboard. In other words, the treated waste can comprise at least 1% m/m of one or more of these wastes of the biomass and/or elastomer type, optionally from 1 to 50% m/m, from 2 to 30% m/m or within an interval defined by any two of these limits. Of preferably, the waste(s) added to the plastics is biomass, or the biomass represents at least 50%m/m, 60%m%m or 80%m/m, preferably at least 90%m/m of the waste added.
Alternativement, l’huile de pyrolyse fournie peut être un mélange d’au moins deux phases organiques liquides résultant de la pyrolyse de déchets. Elle peut alors comprendre 50%m/m ou plus, optionnellement de 50%m/m à 99%m, d’au moins une phase organique liquide résultant de la pyrolyse de plastiques, notamment de toutes sortes et/ou origines. Les plastiques pyrolysés peuvent ainsi être un mélange de deux ou plusieurs des polymères ou copolymères précités. Alternatively, the pyrolysis oil supplied can be a mixture of at least two liquid organic phases resulting from the pyrolysis of waste. It can then comprise 50% m/m or more, optionally from 50% m/m to 99% m, of at least one liquid organic phase resulting from the pyrolysis of plastics, in particular of all kinds and/or origins. The pyrolyzed plastics can thus be a mixture of two or more of the aforementioned polymers or copolymers.
L’huile de pyrolyse fournie peut également être un mélange d’au moins deux phases organiques liquides résultant de la pyrolyse de déchets, dont au moins une phase organique résultant de la pyrolyse de plastiques, notamment dans les proportions indiquées ci-dessus, et au moins une phase organique résultant de la pyrolyse d’au moins un autre déchet différent d’un plastique. Cet autre déchet peut être choisi parmi un élastomère et de la biomasse, en particulier une ou plusieurs biomasses, notamment choisies parmi la biomasse ligno- cellulosique, le papier et le carton. L’huile de pyrolyse fournie peut alors comprendre au moins 1 %m/m d’une phase organique résultant de la pyrolyse d’un ou plusieurs de ces autres déchets, optionnellement de 1 à 50% m/m, de 2 à 30%m/m ou dans un intervalle défini par deux quelconques de ces limites. De préférence, la ou les phases organiques résultant de la pyrolyse d’au moins un autre déchet sont des phases organiques résultant de la pyrolyse de biomasse, ou comprennent au moins 50%m/m, 60%m%m ou 80%m/m, de préférence au moins 90%m/m d’une ou plusieurs phases organiques résultant de la pyrolyse de biomasse. The pyrolysis oil supplied may also be a mixture of at least two liquid organic phases resulting from the pyrolysis of waste, including at least one organic phase resulting from the pyrolysis of plastics, in particular in the proportions indicated above, and at at least one organic phase resulting from the pyrolysis of at least one other waste other than a plastic. This other waste can be chosen from an elastomer and biomass, in particular one or more biomasses, especially chosen from lignocellulosic biomass, paper and cardboard. The pyrolysis oil supplied may then comprise at least 1% m/m of an organic phase resulting from the pyrolysis of one or more of these other wastes, optionally from 1 to 50% m/m, from 2 to 30% m/m or within an interval defined by any two of these limits. Preferably, the organic phase or phases resulting from the pyrolysis of at least one other waste are organic phases resulting from the pyrolysis of biomass, or comprise at least 50% m/m, 60% m/m or 80% m/ m, preferably at least 90% m/m of one or more organic phases resulting from the pyrolysis of biomass.
De manière générale, une huile de pyrolyse peut comprendre des hydrocarbures aliphatiques ayant un point d’ébullition de 30 à 600°C, notamment des hydrocarbures aliphatiques comprenant des chaînes carbonées cycliques, linéaires ou branchées contenant de 4 à 50, voire de 4 à 150, atomes de carbone. Ces hydrocarbures aliphatiques peuvent comprendre des paraffines et des oléfines, en particulier des dioléfines, en proportions variables selon la nature des déchets pyrolysés et le type de procédé de pyrolyse appliqué. L’huile de pyrolyse peut aussi comprendre des hydrocarbures aromatiques. In general, a pyrolysis oil can comprise aliphatic hydrocarbons having a boiling point of 30 to 600° C., in particular aliphatic hydrocarbons comprising cyclic, linear or branched carbon chains containing from 4 to 50, or even from 4 to 150 , carbon atoms. These aliphatic hydrocarbons can comprise paraffins and olefins, in particular diolefins, in variable proportions depending on the nature of the pyrolyzed waste and the type of pyrolysis process applied. The pyrolysis oil may also include aromatic hydrocarbons.
Une huile de pyrolyse peut comprendre des matières solides, typiquement des résidus solides de pyrolyse (« char ») entraînés lors du procédé de pyrolyse et/ou des gommes formées à partir de précurseurs de gomme présents dans l’huile de pyrolyse. La quantité de matières solides d’une huile de pyrolyse peut être réduite par une ou plusieurs séparations solide-liquide, par exemple par filtration ou toute autre technique appropriée. A pyrolysis oil may comprise solids, typically solid pyrolysis residues (“char”) entrained during the pyrolysis process and/or gums formed from gum precursors present in the pyrolysis oil. The solids content of a pyrolysis oil can be reduced by one or more solid-liquid separations, for example by filtration or any other suitable technique.
Avant traitement par le procédé selon l’invention, la ou les phases organiques résultant de la pyrolyse d’un ou plusieurs déchets mentionnés plus haut pourront être optionnellement prétraitées, notamment pour réduire leur teneur en matières solides et/ou en eau. A titre d’exemple, la teneur en matières solides de l’huile de pyrolyse fournie peut être au plus de 2%m/m. Before treatment by the process according to the invention, the organic phase or phases resulting from the pyrolysis of one or more waste mentioned above may optionally be pretreated, in particular to reduce their solid matter and/or water content. By way of example, the solids content of the pyrolysis oil supplied may be at most 2%m/m.
L’huile de pyrolyse traitée par le procédé selon l’invention comprend des composés polaires et éventuellement des composés insaturés indésirables, en particulier pour une utilisation ultérieure de l’huile de pyrolyse en tant que charge d’un vapocraqueur. The pyrolysis oil treated by the process according to the invention comprises polar compounds and optionally unsaturated compounds which are undesirable, in particular for subsequent use of the pyrolysis oil as feedstock for a steam cracker.
Les composés insaturés peuvent être des composés aromatiques et des dioléfines précurseurs de gommes. Leur présence peut engendrer une instabilité dans le temps de l’huile de pyrolyse avec par exemple une variation de la viscosité, de la volatilité, une séparation potentielle des phases, la formation de gommes. En outre, la présence de gommes engendre des problèmes de colmatage dans les installations. The unsaturated compounds can be aromatic compounds and gum precursor diolefins. Their presence can lead to instability of the pyrolysis oil over time with, for example, a variation in viscosity, volatility, potential separation of phases, formation of gums. In addition, the presence of rubber causes clogging problems in the installations.
Les composés polaires comprenant des hétéroatomes peuvent être des sels organiques, des sels inorganiques, des composés organiques comprenant des hétéroatomes. The polar compounds comprising heteroatoms can be organic salts, inorganic salts, organic compounds comprising heteroatoms.
Les sels peuvent comprendre un cation choisi parmi l’ion ammonium, un cation de métal alcalin, un cation de métal de transition ou un cation de métal alcalino- terreux, et un cation anion choisi parmi un ion carboxylate, un ion sulfate, un ion phosphate ou un halogénure. The salts may comprise a cation selected from ammonium ion, an alkali metal cation, a transition metal cation or an alkaline earth metal cation, and an anion cation selected from a carboxylate ion, a sulphate ion, a phosphate or a halide.
Les composés organiques comprenant des hétéroatomes peuvent comprendre des amines, amides, nitriles, ester, éthers, acides, aldéhydes, cétones, alcools. Les composés organiques comprenant des hétéroatomes peuvent être aliphatiques ou aromatiques. The organic compounds comprising heteroatoms can comprise amines, amides, nitriles, esters, ethers, acids, aldehydes, ketones, alcohols. Organic compounds comprising heteroatoms can be aliphatic or aromatic.
Typiquement, des amines, amides, nitriles, ester, éthers, acides, composés halogénés et silicones sont présents lorsque les déchets traités sont des plastiques. Des exemples de composés aromatiques monocycliques sont alors l’acide téréphtalique ou l’acide benzoïque et un exemple de composés polycycliques est alors un oligomère de poly(téréphtalate d’éthylène). Typically, amines, amides, nitriles, esters, ethers, acids, halogenated compounds and silicones are present when the treated waste is plastics. Examples of monocyclic aromatic compounds are then terephthalic acid or benzoic acid and an example of polycyclic compounds is then an oligomer of poly(ethylene terephthalate).
Typiquement, des acides, aldéhydes (dont les hydroxy-aldéhydes), des cétones (dont les hydroxy-cétones), des alcools (phénols, méthanol, éthanol, sont présents lorsque les déchets traités sont de la biomasse, en particulier de la biomasse ligno-cellulosique. Typically, acids, aldehydes (including hydroxy-aldehydes), ketones (including hydroxy-ketones), alcohols (phenols, methanol, ethanol, are present when the treated waste is biomass, in particular lignocellulosic biomass.
Solvant d’extraction Extraction solvent
Le solvant d’extraction est un solvant polaire, il peut présenter une densité supérieure ou inférieure à la densité de l’huile de pyrolyse traitée. The extraction solvent is a polar solvent, it can have a higher or lower density than the density of the treated pyrolysis oil.
En particulier, la densité du solvant d’extraction peut être supérieure ou inférieure de 3 à 50% à celle de l’huile de pyrolyse. In particular, the density of the extraction solvent can be 3 to 50% higher or lower than that of the pyrolysis oil.
Le solvant d’extraction est en outre un solvant non miscible dans l’huile de pyrolyse à purifier. The extraction solvent is also an immiscible solvent in the pyrolysis oil to be purified.
Dans la présente invention, on considère que le solvant d’extraction (ou qu’un mélange de solvants le cas échéant) est non miscible lorsque son taux de récupération est supérieur ou égal à 0,95. Ce taux de récupération est défini comme le rapport du volume d’extrait sur le volume de solvant initial, cet extrait étant une phase contenant le solvant, non miscible avec l’huile de pyrolyse, récupérée après agitation puis décantation d’un mélange d’une partie par volume de solvant avec vingt cinq parties par volume de l’huile de pyrolyse à purifier, à pression atmosphérique et à une température de 20°C. In the present invention, it is considered that the extraction solvent (or a mixture of solvents where appropriate) is immiscible when its recovery rate is greater than or equal to 0.95. This recovery rate is defined as the ratio of the volume of extract to the volume of initial solvent, this extract being a phase containing the solvent, immiscible with the pyrolysis oil, recovered after agitation then decantation of a mixture of one part by volume of solvent with twenty-five parts by volume of the pyrolysis oil to be purified, at atmospheric pressure and at a temperature of 20°C.
On pourra notamment déterminer ce taux de récupération en suivant la procédure suivante : In particular, this recovery rate can be determined by following the following procedure:
■ Introduction de 50 mL d’huile de pyrolyse dans un ballon à fond plat d’un volume de 100mL, à l’aide d’une pipette de précision de +/-0,5mL, ■ Introduction of 50 mL of pyrolysis oil into a flat-bottomed flask with a volume of 100 mL, using a precision pipette of +/-0.5 mL,
■ Introduire 2 mL de solvant dans le ballon, à l’aide d’une pipette de précision +/-0,1mL, ■ Introduce 2 mL of solvent into the flask, using a precision pipette +/-0.1 mL,
■ Introduire un barreau aimanté, fermer le ballon avec un bouchon en polypropylène, ■ Introduce a magnetic bar, close the balloon with a polypropylene stopper,
■ Agiter le mélange sur une plaque d’agitation mécanique à une vitesse 500 tours/min pendant 5min, ■ Shake the mixture on a mechanical stirrer plate at a speed of 500 rpm for 5 min,
■ A la fin des 5 minutes, arrêter l’agitation, retirer le barreau aimanté à l’aide d’une tige aimantée, ■ At the end of the 5 minutes, stop stirring, remove the magnetic bar using a magnetic rod,
■ Transférer le contenu du ballon dans un tube gradué présentant une précision de +/-0,05 mL pour un volume inférieur ou égal à 2mL et une précision de +/-0,1 mL pour un volume supérieur à 2mL. Attendre la démixtion complète par décantation et mesurer le volume des 2 phases à l’aide des graduations. On considère que la démixtion complète est atteinte lorsque les volumes des deux phases ne varient plus. Le solvant polaire peut contenir un ou plusieurs hétéroatomes, en particulier choisi parmi l’oxygène, le soufre et l’azote, de préférence l’oxygène. ■ Transfer the contents of the flask into a graduated tube with an accuracy of +/-0.05 mL for a volume less than or equal to 2mL and an accuracy of +/-0.1 mL for a volume greater than 2mL. Wait for the complete demixing by decantation and measure the volume of the 2 phases using the graduations. It is considered that complete demixing is achieved when the volumes of the two phases no longer vary. The polar solvent can contain one or more heteroatoms, in particular chosen from oxygen, sulfur and nitrogen, preferably oxygen.
Le solvant polaire non miscible avec l’huile de pyrolyse à purifier peut être choisi parmi : The polar solvent immiscible with the pyrolysis oil to be purified can be chosen from:
- l’eau présentant un pH acide, basique ou neutre. Un pH acide peut être obtenu par addition d’un ou plusieurs acides organiques ou inorganiques. Des exemples d’acides organiques utilisables comprennent l’acide citrique (C6H8O7), l'acide formique (CH2O2), l'acide acétique (CH3COOH), l'acide sulfamique (H3NSO3). Des exemples d’acides inorganiques sont l’acide chlorhydrique (HCl), l'acide nitrique (HNO3), l'acide sulfurique (H2SO4), l'acide phosphorique (H3PO4). Un pH basique peut être obtenu par addition d’oxydes de métaux alcalins et alcalino-terreux, d’hydroxydes alcalins et alcalino-terreux (par exemple NaOH, KOH, Ca(OH)2) et des amines (par exemple triéthylamine, éthylènediamine, ammoniaque). - water with an acidic, basic or neutral pH. An acid pH can be obtained by adding one or more organic or inorganic acids. Examples of organic acids that can be used include citric acid (C6H 8 O 7 ), formic acid (CH 2 O 2 ), acetic acid (CH 3 COOH), sulfamic acid (H3NSO3). Examples of inorganic acids are hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO3), sulfuric acid (H2SO4), phosphoric acid (H3PO4). A basic pH can be obtained by adding alkali and alkaline-earth metal oxides, alkali and alkaline-earth hydroxides (for example NaOH, KOH, Ca(OH) 2 ) and amines (for example triethylamine, ethylenediamine, ammonia).
- les éthers de glycol, incluant notamment le polyéthylène glycol de formule chimique HO-(CH2-CH2-O)n-H de masse molaire moyenne en masse de 90 à 800g/mol, par exemple le diéthylène glycol et le tétraéthylène glycol, le polypropylène glycol de formule chimique H[OCH(CH3)CH2]nOH de masse molaire moyenne en masse de 130 à 800g/mol, par exemple le dipropylène glycol et le tétrapropylène glycol,- glycol ethers, including in particular polyethylene glycol with the chemical formula HO-(CH 2 -CH2-O) n -H with a mass-average molar mass of 90 to 800 g/mol, for example diethylene glycol and tetraethylene glycol, polypropylene glycol of chemical formula H[OCH(CH 3 )CH 2 ] n OH with a mass-average molar mass of 130 to 800 g/mol, for example dipropylene glycol and tetrapropylene glycol,
- les dialkyl formamides, dans lesquels le groupe alkyl peut comprendre de 1 à 8 ou de 1 à 3 atomes de carbone, notamment le diméthyl formamide (DMF), - dialkyl formamides, in which the alkyl group can comprise from 1 to 8 or from 1 to 3 carbon atoms, in particular dimethyl formamide (DMF),
- les dialkyl sulfoxydes, dans lesquels le groupe alkyl peut comprendre de 1 à 8 ou de 1 à 3 atomes de carbone, notamment le diméthylsulfoxyde (DMSO) et le sulfolane, - dialkyl sulfoxides, in which the alkyl group can comprise from 1 to 8 or from 1 to 3 carbon atoms, in particular dimethyl sulfoxide (DMSO) and sulfolane,
- les composés comprenant un cycle furane, par exemple le furfural, le 5- (hydroxyméthyl)furfural, l’alcool furfurylique (2-furaneméthanol), - compounds comprising a furan cycle, for example furfural, 5- (hydroxymethyl)furfural, furfuryl alcohol (2-furanemethanol),
- les esters de carbonate cycliques, comprenant notamment de 3 à 8 ou de 3 à 4 atomes de carbone, notamment le carbonate de propylène et le carbonate d’éthylène. - cyclic carbonate esters, comprising in particular from 3 to 8 or from 3 to 4 carbon atoms, in particular propylene carbonate and ethylene carbonate.
Un ou plusieurs des solvants précités peut être utilisé. Toutefois, avantageusement, un seul des solvants précités peut être utilisé comme solvant d’extraction pourvu qu’il soit non miscible avec l’huile à purifier. One or more of the aforementioned solvents can be used. However, advantageously, only one of the aforementioned solvents can be used as extraction solvent provided that it is immiscible with the oil to be purified.
De préférence, le solvant d’extraction peut être un éther de glycol, en particulier le polyéthylène glycol de formule chimique HO-(CH2-CH2-O)n-H de masse molaire moyenne en masse de 90 à 800g/mol ou le polypropylene glycol de formule chimique H[OCH(CH3)CH2]nOH de masse molaire moyenne en masse de 130 à 800g/mol, ou un composé comprenant un cycle furane, ou un ester de carbonate cyclique, en particulier le carbonate de propylène ou d’éthylène, seuls ou en mélange, de préférence seuls. Preferably, the extraction solvent can be a glycol ether, in particular polyethylene glycol with the chemical formula HO-(CH 2 -CH 2 -O) n -H with mass mass-average molar mass of 90 to 800 g/mol or polypropylene glycol with the chemical formula H[OCH(CH 3 )CH 2 ] n OH with a mass-average molar mass of 130 to 800 g/mol, or a compound comprising a furan cycle, or a cyclic carbonate ester, in particular propylene or ethylene carbonate, alone or as a mixture, preferably alone.
Dans un mode de réalisation préféré, le solvant d’extraction est choisi parmi le carbonate de propylène, le carbonate d’éthylène et le polyéthylène glycol de formule chimique HO-(CH2-CH2-O)n-H de masse molaire moyenne en masse de 90 à 800g/mol, seuls ou en mélange, de préférence seuls. In a preferred embodiment, the extraction solvent is chosen from propylene carbonate, ethylene carbonate and polyethylene glycol of chemical formula HO-(CH 2 -CH2-O) n -H of average molar mass in mass of 90 to 800 g/mol, alone or as a mixture, preferably alone.
Dans un mode de réalisation préféré, le solvant d’extraction est de l’eau présentant un pH acide, basique ou neutre. In a preferred embodiment, the extraction solvent is water having an acidic, basic or neutral pH.
Extraction liquide-liquide Liquid-liquid extraction
L'huile de pyrolyse et le solvant d’extraction peuvent être mis en contact par tout moyen connu dans l’art antérieur. The pyrolysis oil and the extraction solvent can be brought into contact by any means known in the prior art.
Par exemple, l'huile de pyrolyse et le solvant d’extraction peuvent être introduits dans des cuves, des réacteurs ou des mélangeurs couramment utilisés dans la profession et les deux composants peuvent être mélangés. La mise en contact peut comprendre une agitation vigoureuse des deux composants par un dispositif de mélange. Par exemple, les deux composants peuvent être mélangés ensemble par agitation ou par secouage. Alternativement, la mise en contact peut être réalisée dans une enceinte dans laquelle l’huile de pyrolyse et le solvant d’extraction circulent à contre-courant. For example, the pyrolysis oil and the extraction solvent can be introduced into tanks, reactors or mixers commonly used in the profession and the two components can be mixed. Contacting may include vigorous agitation of the two components by a mixing device. For example, the two components can be mixed together by agitation or by shaking. Alternatively, the contacting can be carried out in an enclosure in which the pyrolysis oil and the extraction solvent circulate in countercurrent.
La mise en contact des deux composants peut se produire plus d'une fois. Par exemple, après avoir mis en contact pour la première fois l'huile de pyrolyse et le solvant d’extraction, les deux phases résultantes peuvent être mises en contact à nouveau, éventuellement plusieurs fois. Les étapes de mise en contact et de formation des deux phases peuvent être continues. Ainsi, les deux composants peuvent passer par un dispositif de mélange avant d'entrer dans une chambre de séparation dans laquelle une première et une deuxième phase, à savoir un raffinât et un extrait, sont formées. La mise en contact des deux composants peut être réalisée à l'aide d'une hélice, d'un dispositif de circulation de flux à contre-courant, d'un dispositif d'agitation, d'une colonne Scheibel®, d'une colonne KARR®, d'un extracteur centrifuge ou d’un mélangeur-décanteur notamment à deux ou trois étages. L'huile de pyrolyse peut être mise en contact plusieurs fois avec de nouveaux lots de solvant d’extraction, en particulier d’un seul et même solvant d’extraction. Contacting of the two components may occur more than once. For example, after having brought the pyrolysis oil and the extraction solvent into contact for the first time, the two resulting phases can be brought into contact again, possibly several times. The contacting and forming steps of the two phases can be continuous. Thus, the two components can pass through a mixing device before entering a separation chamber in which a first and a second phase, namely a raffinate and an extract, are formed. Bringing the two components into contact can be achieved using a propeller, a counter-current flow circulation device, a stirring device, a Scheibel® column, a KARR® column, a centrifugal extractor or a mixer-settler, in particular with two or three stages. The pyrolysis oil can be brought into contact several times with new batches of extraction solvent, in particular of one and the same extraction solvent.
Ainsi, dans un mode de réalisation préféré, le procédé peut comprendre : -une deuxième étape de mise en contact au cours de laquelle le raffinât récupéré est mis en contact avec un nouveau lot du même solvant d’extraction que celui utilisé lors de la première étape de mise en contact mentionnée, - suivie d’une deuxième étape de récupération d’un deuxième extrait et d’un deuxième raffinât non miscibles, optionnellement, on réitère n fois ces deux étapes sur le raffinât récupéré lors de l’étape de récupération de l’itération précédente, où n est un entier non nul. Une huile de pyrolyse purifiée, pouvant être ultérieurement soumise à un procédé de vapocraquage (seule ou en mélange) est alors formée par le raffinât de la dernière itération réalisée. Thus, in a preferred embodiment, the method may comprise: a second contacting step during which the recovered raffinate is brought into contact with a new batch of the same extraction solvent as that used during the first contacting step mentioned, - followed by a second step of recovering a second extract and a second immiscible raffinate, optionally, these two steps are repeated n times on the raffinate recovered during the recovery step from the previous iteration, where n is a nonzero integer. A purified pyrolysis oil, which can subsequently be subjected to a steam cracking process (alone or in a mixture) is then formed by the raffinate of the last iteration carried out.
Par la suite, le terme « raffinât » désigne de manière générale le raffinât récupéré lors de l’étape de récupération lorsque le procédé comprend une seule étape de mise en contact et de récupération, ou le raffinât récupéré lors de la deuxième étape de récupération ou le raffinât récupéré lors de la dernière itération des étapes de mise en contact et de récupération. Subsequently, the term "raffinate" generally designates the raffinate recovered during the recovery step when the process comprises a single contacting and recovery step, or the raffinate recovered during the second recovery step or the raffinate recovered during the last iteration of the contacting and recovery steps.
Par exemple, l'huile de pyrolyse peut être mise en contact avec un premier lot de solvant d’extraction pour obtenir un premier raffinât et un premier extrait. Après séparation du raffinât de l’extrait, ce premier raffinât peut être mis en contact avec un deuxième lot de solvant d’extraction pour obtenir un deuxième raffinât et un deuxième extrait. Ce cycle peut être répété plusieurs fois avec des nouveaux lots d’un même solvant d’extraction ou avec des lots de solvants d’extraction différents, mais de préférence avec des lots d’un seul et même solvant, ce qui permet de faciliter la mise en œuvre du procédé et la récupération des raffinats. For example, the pyrolysis oil can be brought into contact with a first batch of extraction solvent to obtain a first raffinate and a first extract. After separation of the raffinate from the extract, this first raffinate can be brought into contact with a second batch of extraction solvent to obtain a second raffinate and a second extract. This cycle can be repeated several times with new batches of the same extraction solvent or with batches of different extraction solvents, but preferably with batches of one and the same solvent, which facilitates the implementation of the process and recovery of raffinates.
Dans un mode de réalisation, le cycle de mise en contact de l'huile de pyrolyse et de son raffinât avec un solvant d’extraction peut être mis en œuvre de 1 à 9 fois, notamment de 1 à 4 fois. Lorsque ce cycle est répété de 2 à 9 fois, un même solvant d’extraction ou des solvants d’extraction différents peuvent être utilisés à chaque cycle, mais de préférence un seul et même solvant. In one embodiment, the cycle of bringing the pyrolysis oil and its raffinate into contact with an extraction solvent can be implemented from 1 to 9 times, in particular from 1 to 4 times. When this cycle is repeated from 2 to 9 times, the same extraction solvent or different extraction solvents can be used for each cycle, but preferably one and the same solvent.
Typiquement, l'huile de pyrolyse et le solvant d’extraction sont mis en contact dans une mesure permettant une extraction efficace de l'huile de pyrolyse par le solvant d’extraction. L'huile de pyrolyse et le solvant d’extraction étant non miscibles, l'homme du métier comprendra que ces solutions sont généralement mélangées intimement jusqu'à ce qu'une émulsion se forme, que l'on laisse ensuite se séparer en deux phases. Typically, the pyrolysis oil and the extraction solvent are contacted to such an extent that efficient extraction of the pyrolysis oil by the extraction solvent is possible. Since the pyrolysis oil and the extraction solvent are immiscible, those skilled in the art will understand that these solutions are generally thoroughly mixed until an emulsion forms, which is then allowed to separate into two phases.
La mise en contact de l’huile de pyrolyse avec le solvant peut notamment être réalisée, pendant une durée allant de quelques secondes à 1 heure. The contacting of the pyrolysis oil with the solvent can in particular be carried out, for a period ranging from a few seconds to 1 hour.
Cette mise en contact peut être réalisée à une température de 0 à 60°C, de préférence de 0° à 40°C, d’avantage de préférence de 0° à 30°C, notamment sans chauffage externe. This bringing into contact can be carried out at a temperature of 0 to 60° C., preferably of 0° to 40° C., more preferably of 0° to 30° C., in particular without external heating.
La mise en contact est typiquement mise en œuvre à la pression atmosphérique. Contacting is typically carried out at atmospheric pressure.
Le rapport volumique du solvant d’extraction à l’huile de pyrolyse peut être de 0,05 :1 à 5 :1 , de préférence de 0,5 :1 à 2 :1 , par exemple de 1 :1 ou dans un intervalle défini par la combinaison des valeurs précitées. The volume ratio of the extraction solvent to the pyrolysis oil can be from 0.05:1 to 5:1, preferably from 0.5:1 to 2:1, for example 1:1 or in a range defined by the combination of the above values.
La récupération des deux phases non miscibles, à savoir l’extrait et le raffinât, peut être réalisée de manière usuelle, par séparation, généralement par un processus de séparation physique. Cette séparation consiste généralement à isoler physiquement le raffinât, ou au moins une partie de celui-ci. Ainsi, cette séparation consiste généralement à séparer au moins une partie du raffinât de l’extrait. The recovery of the two immiscible phases, namely the extract and the raffinate, can be carried out in the usual way, by separation, generally by a physical separation process. This separation generally consists of physically isolating the raffinate, or at least part of it. Thus, this separation generally consists of separating at least part of the raffinate from the extract.
En raison de leur immiscibilité, les deux phases (raffinât et extrait) sont généralement séparées dans l’enceinte de mise en contact ou peuvent être séparées dans une autre enceinte. Cette séparation peut simplement consister à retirer (par exemple par soutirage ou décantation) au moins une partie de l’extrait ou du raffinât. Due to their immiscibility, the two phases (raffinate and extract) are generally separated in the contacting enclosure or can be separated in another enclosure. This separation can simply consist of removing (for example by racking or decanting) at least part of the extract or raffinate.
Le procédé selon l’invention peut notamment permettre d’obtenir un taux d’abattement des hétéroatomes contenus dans les composés polaires de 30 à 99%, notamment supérieur à 40%, ce taux d’abattement étant défini, pour chaque élément, par l’équation 1 : [Equation 1] The process according to the invention can in particular make it possible to obtain a reduction rate of the heteroatoms contained in the polar compounds of 30 to 99%, in particular greater than 40%, this reduction rate being defined, for each element, by the equation 1: [Equation 1]
(xH — xR) Taux d' abattement = 100 . -(x H — x R ) Abatement rate = 100 . -
XH XH
Où : x est la teneur en mg/kg de l’élément dans l’huile de pyrolyse avant traitement, xRest la teneur en mg/kg de l’élément dans le raffinât. Where: x is the content in mg/kg of the element in the pyrolysis oil before treatment, x R is the content in mg/kg of the element in the raffinate.
Le procédé selon l’invention peut ainsi permettre d’obtenir un ou plusieurs des taux d’abattement suivants: The process according to the invention can thus make it possible to obtain one or more of the following reduction rates:
- de 20 à 99% ou de 30 à 99% pour l’oxygène, - from 20 to 99% or from 30 to 99% for oxygen,
- de 40 à 99% ou de 50 à 99%pour l’azote, - de 40 à 99% pour le soufre, notamment de 50 à 99%, - from 40 to 99% or from 50 to 99% for nitrogen, - from 40 to 99% for sulfur, in particular from 50 to 99%,
- de 10 à 95% ou de 40 à 95% pour les halogènes, notamment le chlore, le brome, le fluor, - from 10 to 95% or from 40 to 95% for the halogens, in particular chlorine, bromine, fluorine,
- de 10 à 99% pour les métaux, notamment les métaux de transition, en particulier le fer. - from 10 to 99% for metals, in particular transition metals, in particular iron.
La teneur en oxygène peut être mesurée suivant la norme : ASTM D5622 / D2504. The oxygen content can be measured according to the standard: ASTM D5622 / D2504.
La teneur en azote peut être mesurée suivant la norme : ASTM D4629. The nitrogen content can be measured according to the standard: ASTM D4629.
La teneur en soufre peut être mesurée suivant la norme ISO 20846. Sulfur content can be measured according to ISO 20846.
La teneur en halogènes peut être mesurée suivant la norme : ASTM D7359The halogen content can be measured according to the standard: ASTM D7359
La teneur en métaux alcalins peut être mesurée suivant la norme : ASTM D5708 A ou IP 501. The alkali metal content can be measured according to the standard: ASTM D5708 A or IP 501.
La teneur en métaux alcalino-terreux peut être mesurée suivant la norme : ASTM D5708 A ou IP 501 . The alkaline-earth metal content can be measured according to the standard: ASTM D5708 A or IP 501.
La teneur en métaux de transition peut être mesurée suivant la norme : ASTM D5708 A ou IP 501. The transition metal content can be measured according to the standard: ASTM D5708 A or IP 501.
Les versions des normes citées dans la présente demande de brevet sont, lorsqu’elles ne sont pas précisées, celles en vigueur au 29 janvier 2021 . The versions of the standards cited in this patent application are, when not specified, those in force on January 29, 2021.
Avantageusement, le raffinât selon l’invention peut présenter au moins une des caractéristiques suivantes : Advantageously, the raffinate according to the invention may have at least one of the following characteristics:
- une teneur en oxygène inférieure ou égale à 100 mg/kg, - an oxygen content less than or equal to 100 mg/kg,
- une teneur en azote inférieure ou égale à 75 mg/kg, - a nitrogen content less than or equal to 75 mg/kg,
- une teneur en soufre d’au plus 700 ppm (en masse), - a sulfur content of not more than 700 ppm (by mass),
- une teneur en métaux alcalins, en particulier en K et Na, inférieure ou égale à 4 mg/kg, - a content of alkali metals, in particular K and Na, less than or equal to 4 mg/kg,
- une teneur en halogènes inférieure ou égale à 15 mg/kg, notamment une teneur en chlore inférieure ou égale à 1 ppm (en masse), - a halogen content less than or equal to 15 mg/kg, in particular a chlorine content less than or equal to 1 ppm (by mass),
- une teneur totale en métaux d’au plus 2 mg/kg. - a total metal content of not more than 2 mg/kg.
Le raffinât selon l’invention peut être soumis à un traitement de vapocraquage, optionnellement après un ou plusieurs post-traitements - typiquement choisi parmi un traitement d’hydrogénation, un craquage et un hydrocraquage- seul ou en mélange avec d’autres charges de vapocraqueur. Autrement dit, le raffinât peut être traité dans un vapocraqueur pur ou dilué, optionnellement après le post-traitement mentionné ci-dessus. De préférence, le ou les post-traitements ne comprennent pas une séparation du solvant d’extraction du raffinât. The raffinate according to the invention can be subjected to a steam cracking treatment, optionally after one or more post-treatments - typically chosen from a hydrogenation treatment, a cracking and a hydrocracking - alone or in a mixture with other steam cracker charges . In other words, the raffinate can be treated in a neat or diluted steam cracker, optionally after the post-treatment mentioned above. Preferably, the post-treatment(s) does not include a separation of the extraction solvent from the raffinate.
En particulier, le raffinât selon l’invention peut présenter, après un ou plusieurs des post-traitements précités et/ou une dilution avec une charge typique de vapocraqueur, au moins une des caractéristiques typiques d’une charge de vapocraqueur, en combinaison avec une ou plusieurs des caractéristiques présentées ci-dessus. In particular, the raffinate according to the invention may have, after one or more of the aforementioned post-treatments and/or dilution with a typical load of steam cracker, at least one of the characteristics typical of a steam cracker charge, in combination with one or more of the characteristics presented above.
Une charge typique de vapocraqueur présente les caractéristiques suivantes : A typical steam cracker charge has the following characteristics:
- une teneur en composés oxygénés inférieure ou égale à 50 ppm (en masse), - a content of oxygenated compounds less than or equal to 50 ppm (by mass),
- une teneur en oléfines inférieure ou égale à 1 % vol, - an olefin content less than or equal to 1% vol,
- une teneur en paraffines supérieure ou égale à 65%vol, - a paraffin content greater than or equal to 65% vol,
- une teneur en hydrocarbures aromatiques la plus faible possible afin de limiter la formation de coke lors d’un traitement ultérieur du raffinât. - the lowest possible aromatic hydrocarbon content in order to limit the formation of coke during subsequent treatment of the raffinate.
La teneur en hydrocarbures aromatiques peut être déterminée selon la norme ISO 22854. The aromatic hydrocarbon content can be determined according to ISO 22854.
Par exemple, les spécifications d’une charge de vapocraqueur sont définies dans les documents suivants :For example, the specifications of a steam cracker charge are defined in the following documents:
- AIChE paper number 36d, Feedstock Contaminants in Ethylene Plants - 2017 Update, - AIChE paper number 36d, Feedstock Contaminants in Ethylene Plants - 2017 Update,
- Open spec naphta (OSN) CFR FAR EAST OPEN SPECIFICATION FORM NAPHTHA AGREEMENT, 2017 EDITION. - Open spec naphtha (OSN) CFR FAR EAST OPEN SPECIFICATION FORM NAPHTHA AGREEMENT, 2017 EDITION.
Le traitement de vapocraquage peut être réalisé de manière usuelle, notamment à des températures de 650° à 1000°C, typiquement de 700 à 900°C ou de 750 à 850°C. La charge, chauffée, est introduite dans une zone de craquage dans laquelle elle subit un vapocraquage dans des conditions adaptées pour produire au moins des oléfines et de l’hydrogène. De la vapeur est introduite dans la zone de craquage pour réduire la pression partielle d’hydrocarbures et favoriser la production d’oléfines. La vapeur réduit aussi la formation et le dépôt de matière carbonée et notamment de coke dans la zone de craquage. Le craquage se produit en absence d’oxygène. Le temps de résidence dans la zone de craquage est très court, typiquement de quelques millisecondes. The steam cracking treatment can be carried out in the usual way, in particular at temperatures of 650° to 1000° C., typically from 700 to 900° C. or from 750 to 850° C. The heated feed is introduced into a cracking zone in which it undergoes steam cracking under suitable conditions to produce at least olefins and hydrogen. Steam is introduced into the cracking zone to reduce the partial pressure of hydrocarbons and promote the production of olefins. The steam also reduces the formation and deposition of carbonaceous material and in particular of coke in the cracking zone. Cracking occurs in the absence of oxygen. The residence time in the cracking zone is very short, typically a few milliseconds.
Exemples Examples
La charge utilisée est une coupe (37-406°C) d’une huile de pyrolyse de plastique (HPP) dont les principales caractéristiques sont rassemblées dans le tableau 3. The charge used is a cut (37-406°C) of a plastic pyrolysis oil (HPP) whose main characteristics are listed in Table 3.
Tableau 3 Table 3
Exemple 1 : Tests de miscibilité Example 1: Miscibility tests
Des tests de miscibilité ont été effectués avec trois solvants, le polyéthylène glycol de masse molaire moyenne 200g/mol (PEG-200), le carbonate de polypropylène (PC) et le N-formyl morpholine (NFM ; CAS 4394-85-8), suivant le protocole ci-dessous : Miscibility tests were carried out with three solvents, polyethylene glycol with an average molar mass of 200g/mol (PEG-200), polypropylene carbonate (PC) and N-formyl morpholine (NFM; CAS 4394-85-8) , following the protocol below:
- dans un ballon de 100 mL à fond plat, introduire 50,0 mL de charge, à l’aide d’une pipette de précision, - in a 100 mL flat-bottomed flask, introduce 50.0 mL of charge, using a precision pipette,
- Introduire 2,0 mL de solvant, à l’aide d’une pipette de précision - Introduce 2.0 mL of solvent, using a precision pipette
- Introduire un barreau aimanté, fermer le ballon avec un bouchon en polypropylène, - Introduce a magnetic bar, close the balloon with a polypropylene stopper,
- Agiter le mélange sur une plaque d’agitation magnétique à une vitesse 500 rpm pendant 5min. - Shake the mixture on a magnetic stirrer plate at a speed of 500 rpm for 5 min.
- A la fin des 5 minutes, arrêter l’agitation, retirer le barreau aimanté à l’aide d’une tige aimantée, - At the end of the 5 minutes, stop stirring, remove the magnetic bar using a magnetic rod,
- Transférer le contenu du ballon dans un tube à centrifuger ASTM gradué. Attendre la démixtion complète et mesurer le volume des 2 phases à l’aide des graduations. - Transfer the contents of the flask into a graduated ASTM centrifuge tube. Wait for complete demixing and measure the volume of the 2 phases using the graduations.
Les résultats sont rassemblés dans le tableau 4. The results are collated in Table 4.
Tableau 4 Après contact des 2 phases, on récupère : Table 4 After contact of the 2 phases, we recover:
- 100%m du PEG 200. - 100% m of PEG 200.
- 120%m du PC, ce qui signifie qu’une partie de la charge s’est solubilisée dans le solvant. - 120% m of PC, which means that part of the filler has dissolved in the solvent.
- 90%m de la N FM. Les 10% restants sont mélangés à la charge. - 90%m of N FM. The remaining 10% is mixed into the filler.
Exemple 2 : essais d’extraction liquide/liquide Example 2: liquid/liquid extraction tests
Des essais d’extraction liquide/liquide ont été réalisés par mise en contact de l’huile de pyrolyse plastique (HPP) avec chacun des trois solvants (PEG 200, PC, NFM). Liquid/liquid extraction tests were carried out by bringing plastic pyrolysis oil (HPP) into contact with each of the three solvents (PEG 200, PC, NFM).
Le protocole suivant a été utilisé : mise en contact de l’huile de pyrolyse de plastique (HPP) avec le solvant à température ambiante dans un ratio volumique HPP / solvant : 50/50 ; agitation à 500 rpm pendant 5 minutes pour assurer un bon contact entre les deux phases ; séparation des phases après 30 minutes de repos. The following protocol was used: bringing the plastic pyrolysis oil (HPP) into contact with the solvent at room temperature in a volume ratio HPP / solvent: 50/50; stirring at 500 rpm for 5 minutes to ensure good contact between the two phases; phase separation after 30 minutes of rest.
On obtient un raffinât correspondant à l’HPP traitée et un extrait contenant le solvant. Les rendements massiques raffinat/HPP et extrait/solvant sont tous de l’ordre de 100%. On n’observe pas de perte de produit. Les compositions des raffinats sont rassemblées dans le tableau 5. A raffinate corresponding to the treated HPP and an extract containing the solvent are obtained. The raffinate/HPP and extract/solvent mass yields are all around 100%. No loss of product is observed. The compositions of the raffinates are collated in Table 5.
Tableau 5 Le PEG 200 et le PC possèdent un taux de récupération du solvant après extraction liquide/liquide supérieur à 95%. L’extraction liquide/liquide avec du PEG 200 permet d’extraire 55 % du soufre, 70% du chlore, 80% de l’azote et 60% de l’oxygène contenus dans une huile de pyrolyse de plastique. L’extraction liquide/liquide avec du PC permet d’extraire 60 % du soufre, 75% du chlore, 80% de l’azote et 45% de l’oxygène contenus dans une huile de pyrolyse de plastique. Table 5 PEG 200 and PC have a solvent recovery rate after liquid/liquid extraction greater than 95%. Liquid/liquid extraction with PEG 200 makes it possible to extract 55% of the sulphur, 70% of the chlorine, 80% of the nitrogen and 60% of the oxygen contained in a plastic pyrolysis oil. Liquid/liquid extraction with PC makes it possible to extract 60% of the sulphur, 75% of the chlorine, 80% of the nitrogen and 45% of the oxygen contained in a plastic pyrolysis oil.
La NFM possède un taux de récupération du solvant inférieur à 95% après extraction liquide/liquide. Si les espèces chlorées et soufrées sont abattues dans des proportions comparables à ce qu’on peut observer avec le PEG 200 et le PC, les résultats montrent des capacités d’abattement de l’oxygène et de l’azote inférieures. NFM has a solvent recovery rate of less than 95% after liquid/liquid extraction. If the chlorinated and sulfur species are reduced in proportions comparable to what can be observed with PEG 200 and PC, the results show lower oxygen and nitrogen reduction capacities.
Exemple 3 : essai d’extraction liquide/liquide dans l’eau Example 3: liquid/liquid extraction test in water
Un essai d’extraction liquide/liquide a été réalisé par mise en contact d’une huile de pyrolyse HPPB de masse volumique 799.1 kg/m3 avec de l’eau à pH neutre. Cette huile HPPB est une huile issue de la pyrolyse d’une charge contenant 10 à 15% en masse de biomasse, le reste de la charge étant constitué de plastique. A liquid/liquid extraction test was carried out by bringing an HPPB pyrolysis oil with a density of 799.1 kg/m 3 into contact with water at neutral pH. This HPPB oil is an oil resulting from the pyrolysis of a filler containing 10 to 15% by mass of biomass, the rest of the filler being made up of plastic.
Le protocole suivant a été utilisé : mise en contact de l’huile de pyrolyse (HPPB) avec l’eau à température ambiante dans un ratio volumique HPPB / eau : 50/50 ; agitation à 500 rpm pendant 5 minutes pour assurer un bon contact entre les deux phases ; séparation des phases après 30 minutes de repos. The following protocol was used: bringing pyrolysis oil (HPPB) into contact with water at room temperature in an HPPB/water volume ratio: 50/50; stirring at 500 rpm for 5 minutes to ensure good contact between the two phases; phase separation after 30 minutes of rest.
Les compositions de l’HPPB et du raffinât sont rassemblées dans le tableau 6. L’extraction permet de réduire de manière notable la teneur en chlore, azote et oxygène. The compositions of the HPPB and the raffinate are collated in Table 6. The extraction makes it possible to significantly reduce the chlorine, nitrogen and oxygen content.
Tableau 6 Table 6

Claims

22 22
REVENDICATIONS Procédé de purification d’une huile de pyrolyse issue de la pyrolyse de déchets contenant des plastiques, comprenant :CLAIMS Process for purifying a pyrolysis oil resulting from the pyrolysis of waste containing plastics, comprising:
- la fourniture d’une huile de pyrolyse contenant des composés hydrocarbonés saturés et insaturés et des composés polaires comprenant au moins un hétéroatome choisi parmi l’oxygène, le soufre, l’azote, un métal de transition, un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, un halogène, l’huile de pyrolyse fournie étant une phase organique liquide ou un mélange de phases organiques liquides résultant de la pyrolyse de déchets choisis parmi les plastiques et d’au moins un autre déchet choisi parmi la biomasse et un élastomère,- the supply of a pyrolysis oil containing saturated and unsaturated hydrocarbon compounds and polar compounds comprising at least one heteroatom chosen from oxygen, sulfur, nitrogen, a transition metal, an alkali metal, an alkaline metal - earth, a halogen, the pyrolysis oil supplied being a liquid organic phase or a mixture of liquid organic phases resulting from the pyrolysis of waste chosen from plastics and at least one other waste chosen from biomass and an elastomer,
- la mise en contact de l’huile de pyrolyse avec un solvant d’extraction polaire non miscible avec l’huile de pyrolyse,- bringing the pyrolysis oil into contact with a polar extraction solvent immiscible with the pyrolysis oil,
- la récupération d’un extrait et d’un raffinât non miscibles, l’extrait contenant le solvant d’extraction et au moins une partie des composés polaires, et optionnellement au moins une partie des composés hydrocarbonés insaturés, initialement contenus dans l’huile de pyrolyse, le raffinât contenant une huile de pyrolyse traitée à teneur réduite en composés polaires et optionnellement en composés hydrocarbonés insaturés, dans lequel le solvant d’extraction polaire non miscible avec l’huile de pyrolyse est choisi parmi l’eau présentant un pH acide, basique ou neutre, les éthers de glycol, les dialkyl sulfoxydes, dans lesquels le groupe alkyl peut comprendre de 1 à 8 atomes de carbone, les composés comprenant un cycle furane, les esters de carbonate cycliques, comprenant de 3 à 8 atomes de carbone, et leurs mélanges, et est un solvant pour lequel on obtient un taux de récupération supérieur ou égal à 0,95, ce taux de récupération étant défini comme le rapport du volume d’un extrait sur un volume de solvant initial, et cet extrait est une phase contenant le solvant, non miscible avec l’huile de pyrolyse, récupérée après agitation puis décantation d’un mélange d’une partie par volume de solvant avec vingt cinq parties par volume de l’huile de pyrolyse à pression atmosphérique et à une température de 20°C.. Procédé de purification selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l’huile de pyrolyse fournie est une phase organique liquide résultant de la pyrolyse de déchets comprenant 50%m ou plus de plastiques, optionnellement de 50%m à 99%m. Procédé de purification selon à la revendication 2, caractérisé en ce que l’huile de pyrolyse fournie est une phase organique liquide résultant de la pyrolyse de déchets comprenant au moins 1 %m/m, optionnellement de 1 à 50%m/m d’au moins un autre déchet choisi parmi un élastomère et une biomasse, optionnellement une biomasse choisie parmi la biomasse ligno- cellulosique, le papier et le carton. Procédé de purification selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l’huile de pyrolyse fournie est un mélange d’au moins deux phases organiques liquides résultant de la pyrolyse de déchets et comprend 50%m ou plus, optionnellement de 50%m à 99%m d’au moins une phase organique liquide résultant de la pyrolyse de plastiques. Procédé de purification selon la revendication 4, caractérisé en ce que l’huile de pyrolyse fournie est un mélange d’au moins une phase organique résultant de la pyrolyse de plastiques et d’au moins une phase organique résultant de la pyrolyse d’au moins un autre déchet choisi parmi un élastomère et une biomasse, optionnellement une biomasse choisie parmi la biomasse ligno-cellulosique, le papier et le carton, et comprend au moins 1 %m/m, optionnellement de 1 à 50% m/m, d’une phase organique résultant de la pyrolyse dudit au moins un autre déchet. Procédé de purification selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le solvant d’extraction polaire est choisi parmi le carbonate de propylène, le carbonate d’éthylène, le polyéthylène glycol de formule chimique HO-(CH2-CH2-O)n-H de masse molaire moyenne en masse de 90 à 800g/mol, le polypropylène glycol de formule chimique H[OCH(CH3)CH2]nOH de masse molaire moyenne en masse de 130 à 800g/mol et leurs mélanges. Procédé de purification selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant : - the recovery of an extract and an immiscible raffinate, the extract containing the extraction solvent and at least a part of the polar compounds, and optionally at least a part of the unsaturated hydrocarbon compounds, initially contained in the oil pyrolysis oil, the raffinate containing a treated pyrolysis oil with a reduced content of polar compounds and optionally of unsaturated hydrocarbon compounds, in which the polar extraction solvent immiscible with the pyrolysis oil is chosen from water having an acid pH , basic or neutral, glycol ethers, dialkyl sulfoxides, in which the alkyl group can comprise from 1 to 8 carbon atoms, compounds comprising a furan ring, cyclic carbonate esters, comprising from 3 to 8 carbon atoms , and mixtures thereof, and is a solvent for which a recovery rate greater than or equal to 0.95 is obtained, this recovery rate being defined as the ratio of the volume of an extract to a volume of initial solvent, and this extract is a phase containing the solvent, immiscible with the pyrolysis oil, recovered after stirring then decantation of a mixture of one part by volume of solvent with twenty-five parts by volume of the pyrolysis oil at atmospheric pressure and at a temperature of 20°C. Purification process according to claim 1, characterized in that the pyrolysis oil supplied is a liquid organic phase resulting from the pyrolysis of waste comprising 50%m or more of plastics, optionally from 50%m to 99%m. Purification process according to claim 2, characterized in that the pyrolysis oil supplied is a liquid organic phase resulting from the pyrolysis of waste comprising at least 1% m/m, optionally from 1 to 50% m/m of at least one other waste chosen from an elastomer and a biomass, optionally a biomass chosen from lignocellulosic biomass, paper and cardboard. Purification process according to claim 1, characterized in that the pyrolysis oil supplied is a mixture of at least two liquid organic phases resulting from the pyrolysis of waste and comprises 50% m or more, optionally from 50% m to 99 %m of at least one liquid organic phase resulting from the pyrolysis of plastics. Purification process according to Claim 4, characterized in that the pyrolysis oil supplied is a mixture of at least one organic phase resulting from the pyrolysis of plastics and of at least one organic phase resulting from the pyrolysis of at least another waste chosen from an elastomer and a biomass, optionally a biomass chosen from lignocellulosic biomass, paper and cardboard, and comprises at least 1% m/m, optionally from 1 to 50% m/m, of an organic phase resulting from the pyrolysis of said at least one other waste. Purification process according to any one of Claims 1 to 5, in which the polar extraction solvent is chosen from propylene carbonate, ethylene carbonate, polyethylene glycol of chemical formula HO-(CH 2 -CH2- O) n -H with a mass-average molar mass of 90 to 800 g/mol, polypropylene glycol with the chemical formula H[OCH(CH 3 )CH 2 ] n OH with a mass-average molar mass of 130 to 800 g/mol and their mixtures. Purification process according to any one of claims 1 to 6, comprising:
- une deuxième étape de mise en contact au cours de laquelle le raffinât récupéré est mis en contact avec un nouveau lot du même solvant d’extraction que celui utilisé lors de la première étape de mise en contact mentionnée, - a second contacting step during which the recovered raffinate is brought into contact with a new batch of the same extraction solvent as that used during the first contacting step mentioned,
- suivie d’une deuxième étape de récupération d’un deuxième extrait et d’un deuxième raffinât non miscibles, optionnellement, on réitère n fois ces deux étapes sur le raffinât récupéré lors de l’étape de récupération de l’itération précédente, où n est un entier non nul. Procédé de vapocraquage comprenant une étape de vapocraquage d’un raffinât d’huile de pyrolyse récupéré lors de la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7. - followed by a second step of recovering a second extract and a second immiscible raffinate, optionally, these two steps are repeated n times on the raffinate recovered during the recovery step of the previous iteration, where n is a nonzero integer. Steam cracking process comprising a steam cracking step of a pyrolysis oil raffinate recovered during the implementation of the process according to any one of claims 1 to 7.
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