FR2922547A1 - Procede de separation d'aromatiques en c8 avec recyclage limite - Google Patents

Abstract

Procédé de production de paraxylène à partir d'une charge d'aromatiques en C8 comprenant les étapes suivantes:- une étape de séparation par adsorption en lit mobile simulé SMB produisant un extrait contenant au moins 95% de paraxylène, et au moins un raffinat R contenant de l'éthylbenzène,- un recyclage de raffinat à l'étape de séparation SMB après isomérisation,dans lequel on sépare R dans des moyens de séparation membranaire pour obtenir une première fraction F1 relativement riche en éthylbenzène, qui est purgée, et une fraction complémentaire F2 relativement pauvre en éthylbenzène, qui est recyclée au SMB après une isomérisation unique, préférentiellement en phase liquide.

Description

Domaine de l'invention: L'invention se rapporte au domaine des séparations de paraxylène à un haut niveau de pureté à partir d'un flux contenant principalement des composés aromatiques à huit atomes de carbone. Ces coupes C8 aromatiques sont difficilement séparables par distillation. On utilise alors une famille de procédés, et de dispositifs associés, connus sous le nom de procédés, ou dispositifs de séparation chromatographique , ou en lit mobile sirnulé ("Simulated Moving Bed" selon la terminologie anglo-saxonne), ou en contre-courant simulé , ou en co-courant simulé , que nous désignerons ci-après par l'appellation SMB .

Les produits autres que le paraxylène sont typiquement recyclés au SMB après isomérisation. L'invention concerne un procédé de production de paraxylène à un haut niveau de pureté plus simple à mettre en oeuvre que celui de l'art antérieur, notamment au niveau de l'isomérisation, et présentant une boucle de recyclage de capacité réduite.

Examen de l'art antérieur: La séparation chromatographique SMB est bien connue dans l'état de la technique. En règle générale, un lit mobile simulé comporte au moins trois zones chromatographiques, avantageusement quatre ou cinq, chacune de ces zones étant constituée par au moins un lit ou une portion de colonne et comprise entre deux points successifs d'alimentation ou soutirage. Typiquement, on alimente au moins une charge F à fractionner et un désorbant D (parfois appelé éluant) et l'on soutire au moins un raffinat R et un extrait E. Les points d'alimentation et de soutirage sont modifiés au cours du temps, typiquement décalés vers le bas d'un lit et ce de façon synchrone. Les dispositifs SMB comportent typiquement au moins une colonne (et souvent deux, fonctionnant en série en boucle fermée) des lits d'adsorbant Ai disposés dans cette colonne, séparés par des plateaux Pi à chambre(s) Ci de distribution et/ou d'extraction de fluides dans ou à partir des différents lits d'adsorbant, et des moyens commandés de distribution et d'extraction séquentiels de fluides. L'état de la technique décrit de façon approfondie différents dispositifs et procédés permettant d'effectuer la séparation de charges en lit mobile simulé. On peut citer notamment les brevets US 2,985,589, US 3,214,247, US 3,268,605, US 3,592,612, US 4,614,204, US 4,378,292, US 5,200,075, US 5,316,821. Ces brevets décrivent également en détail le fonctionnement d'un SMB. Plusieurs variantes avantageuses permettent d'améliorer le fonctionnement de ce type d'unité en faisant appel à des permutations asynchrones. De façon simplifiée, ces permutations asynchrones servent à compenser le(s) volume(s) mort de(s) la pompe(s) de recirculation, tel qu'indiqué dans le brevet US 5,578,215, à travailler avec un débit de recyclage constant sur la pompe de recirculation de manière à éliminer les à-coup de débit et de pression, tel qu'indiqué dans le brevet US 5,762,806, ou enfin à opérer avec au moins deux zones chromatographiques dont chacune est équivalente à un nombre non entier de lits d'adsorbant. Cette dernière variante, tel qu'indiquée dans les brevets US 6,136,198, US 6,375,839, US 6,712,973, et US 6,413,419 est connue sous le nom de Varicol. Naturellement, ces trois variantes peuvent être combinées. Par extension, les procédés ou dispositifs de séparation de type Varicol précités sont assimilés selon l'invention à des procédés ou dispositifs de séparation en lit mobile simulé SMB. La production de paraxylène de haute pureté par séparation par adsorption est bien connue de l'art antérieur. L'arrière plan technologique décrivant la production de paraxylène à très haute pureté est par exemple illustré dans le brevet EP 1 081 121 A2.

Les produits autres que le paraxylène, désigné par PX (généralement un mélange d'orthoxylène désigné par OX, de métaxylène désigné par MX et d'éthylbenzène désigné par EB, avec des traces de PX résiduel) sont typiquement recyclés au SMB après isomérisation. L'utilisation d'une isomérisation unique, avant recyclage pose toutefois des problèmes: En effet, l'isomérisation des composés MX, et OX ne requiert que des conditions douces d'isomérisation, alors que l'éthylbenzène EB requiert des conditions beaucoup plus sévères, conduisant à une certaine désalkylation des MX / OX.

Les brevets FR 2792632 et FR 2862638 de la demanderesse enseignent qu'il est possible d'utiliser deux unités distinctes d'isomérisation au sein de la boucle traitant les composés aromatiques à 8 atomes de carbone.

Le schéma décrit dans le brevet FR 2792632 utilise une colonne à distiller, dite colonne de séparation de l'éthylbenzène, qui peut présenter jusqu'à 200 plateaux et doit être opérée avec un taux de reflux très important. En tête de cette colonne à distiller on soutire un premier flux qui est une fraction très riche en éthylbenzène que l'on isomérise en phase gazeuse dans les conditions relativement sévères suivantes: température supérieure à 300°C, de préférence de 360°C à 480°C, pression inférieure à 2,5 MPa et de préférence de 0,5 à 0,8 MPa, vitesse spatiale inférieure à 10 h"1, de préférence comprise entre 0,5 et 6 h-1, rapport molaire hydrogène sur hydrocarbure inférieure à 10ä et de préférence compris entre 3 et 6.

Le catalyseur est typiquement un catalyseur bifonctionnel (fonction acide réalisée par une zéolithe acide et fonction métallique réalisée par l'utilisation d'un métal noble). II comprend typiquement une zéolithe de type structural de type EUO, par exemple notamment la zéolithe EU1, la zéolithe ZSM-50 ou la zéolithe TPZ-3, et contient de préférence au moins un métal du groupe VIII de la classification périodique choisi de préférence parmi le palladium et le platine, comme décrit par exemple dans les brevets ou demandes de brevet EP42226A1, US4640829, EP51318A1 et FR2772752A1. L'isomérisation en phase liquide du fond de colonne, riche en MX et OX est réalisable dans les conditions relativement douces suivantes: température inférieure à 300°C et de préférence comprise entre 200 et 260°C, pression inférieure à 4 MPa et de préférence comprise entre 2 et 3 MPa, vitesse spatiale inférieure à 10 h-1 et de préférence comprise entre 2 et 4 h-1, le catalyseur étant par exemple à base de zéolithe ZSM-5, comme indiqué dans les brevets US 4435608, US 5981817 (page 2) et US6924405. L'intérêt de l'isomérisation en phase liquide, outre l'aspect consommation d'énergie qui est plus basse, est de permettre l'utilisation d'un catalyseur acide uniquement, donc beaucoup moins cher à la fabrication parce qu'il ne comporte pas de métal noble.

Le brevet FR 2862638 permet de conserver les avantages liés à l'utilisation de deux 30 isomérisations distinctes en opérant ces isomérisations sur deux raffinats, ce qui supprime l'inconvénient d'une très importante colonne à distiller.

Cependant, ces deux brevets décrivent une unité à deux isomérisations, qui est complexe et coûteuse en terme d'investissements aussi bien qu'en terme de coûts opératoires.

L'utilisation de modules de séparation membranaire (perméation à travers une membrane) dans la boucle aromatique est par ailleurs bien connue de l'homme de l'art. L'application des techniques de séparation membranaire a montré de bonnes perspectives car ce sont i) des procédés simples, ii) elles ont une faible consommation énergétique, iii) elles sont facilement extrapolables et iv) elles ne nécessitent pas de produits additionnels. Le pouvoir de séparation d'un matériau merbranaire peut être basé sur un effet de taille, il s'agit alors de tamisage moléculaire. Il est également possible d'utiliser un matériau membranaire présentant une affinité spécifique pour une des molécules à séparer: l'adsorption sélective de cette molécule dans les pores de la membrane augmente sa force motrice de diffusion et exclut au moins partiellement l'adsorption de la deuxième espèce. II s'agit d'affinité thermodynamique. Les procédés de séparation membranaire requièrent une force motrice qui peut être une différence de potentiel chimique entre amont et aval ou bien un gradient de pression. Par exemple du côté perméat iil est courant de maintenir de faibles pressions en utilisant des pompes à vide ou des condenseurs basse température. Du côté de la charge, la force motrice est appliquée par l'utilisation de fortes pressions partielles au moyen de pompes ou compresseurs, ou par des hautes températures. Il existe des membranes dites poreuses et des membranes dites denses, les procédés de séparation reposant sur le tamisage moléculaire dans le premier cas et sur un processus de solubilisation-diffusion dans le second cas. II est également possible de classer les matériaux membranaires de part leur nature chimique, organique ou inorganique.

Dans les documents de l'art antérieur, les performances de séparation des membranes sont généralement décrites au moyen de deux paramètres: la perméabilité et la sélectivité.

La perméabilité est définie comme la densité de flux de matière traversant la membrane, rapportée à l'épaisseur de ladite membrane, et à la différence de pression partielle des composés traversant la membrane appliquée entre les faces amont et aval.

La sélectivité de la membrane pour le constituant A par rapport au constituant B est définie comme le rapport des perméabilités des deux constituants A sur B. La perméabilité est mesurée en barrer (1 barrer = 10-10 cm3.cm/cm2.cmHg.$). Dans le cas de la séparation d'un mélange binaire, le facteur de séparation peut être calculé de deux manières; soit à partir des perméabilités obtenues en corps pur (on parle alors de sélectivité idéale ou de permsélectivité), soit à partir des données des flux en mélange (on parle alors de sélectivité en mélange ou de facteur de séparation).

Le brevet US 6376733 présente un procédé de production de paraxylène faisant intervenir une séparation SMB en lit mobile simulé, avec une boucle de recyclage comprenant un module membranaire et deux isomérisations. Il met en oeuvre des membranes zéolitiques présentant une perméabilité plus grande pour l'éthylbenzène (et le paraxylène) que pour les autres xylènes. L'installation décrite est toutefois aussi complexe que celle des brevets FR 2792632 et FR 2862638.

Le brevet EP 1182182 propose également un procédé de production de paraxylène faisant intervenir un module membranaire. Contrairement à US 6376733, EP 1182182 propose l'utilisation du procédé membranaire seul pour produire du paraxylène pur et ne considère pas la totalité de la boucle aromatique ni son optimisation.

Les demandes de brevet US2005/0167338 Al et US2005/0171395 Al présentent des procédés faisant intervenir un module membranaire suivi d'un autre procédé pour la production de paraxylène pur et de métaxylène pur sans mentionner une modification des conditions d'isomérisation.

Description sommaire de l'invention: Un objet de la présente invention est de diminuer de façon importante la taille du train d'isomérisations et la capacité de la boucle de recyclage utilisée typiquement dans les unités de séparation SMB de coupe C8 aromatique, telles que décrite par exemple dans les brevets ou demandes de brevet US 6376733, FR 2792632 et FR 2862638. Un autre objet de l'invention est de réaliser cette simplification et cette réduction de capacité sans requérir de moyens complexes ou entraînant des coûts opératoires lourds. En particulier, l'invention permet soit d'utiliser une isomérisation en phase gazeuse de dimension réduite, dans des conditions moins sévères conduisant à une désalkylation moindre des MX / OX, soit d'éviter la mise en oeuvre d'une isomérisation en phase gazeuse en n'utilisant qu'une isomérisation en phase liquide. Ceci permet dans ce dernier cas d'utiliser un catalyseur acide au lieu d'un catalyseur bifonctionnel acide-métal noble, beaucoup plus cher à la fabrication.

Enfin, elle permet d'éviter la mise en oeuvre parfois réalisée d'une coûteuse colonne de distillation du raffinat, pour obtenir la séparation de l'éthyl-benzène.

A cet effet, l'invention propose de séparer un effluent riche en éthylbenzène en amont de la boucle de recyclage au moyen d'un module membranaire approprié, de purger cet effluent riche en éthylbenzène de la boucle de recyclage afin qu'il ne provoque pas de gonflement de cette boucle de recyclage, et de supprimer simultanément la seconde isomérisation qui est généralement en phase gazeuse, coûteuse en investissement et requérant un coût opératoire important. L'isomérisation unique restante traite un courant pauvre en éthylbenzène, et peut donc opérer en phase gazeuse à sévérité réduite, ou de préférence en phase liquide sans provoquer un gonflement de la boucle de recyclage par accumulation d'éthylbenzène non transformé par isomérisation. L'effluent évacué riche en éthylbenzène ainsi purgé peut éventuellement être traité par une ou plusieurs étapes de purification de façon à produire de l'éthylbenzène utilisable comme charge dans une unité de production de styrène, ou bien alimenté vers un pool essence (zone de mélange pour la production d'essence).

Le procédé de l'invention permet ainsi à la fois de supprimer l'unité d'isomérisation spécifique de l'éthylbenzène ainsi que de réduire les débits de recyclage dans la boucle aromatique à capacité de production égale ou d'augmenter la capacité de production à débit de recyclage égal. La purge d'éthylbenzène permet d'éviter l'accumulation de ce composé sans utiliser d'isomérisation en phase gazeuse ou en n'utilisant qu'une isomérisation en phase gazeuse moins sévère et donc plus économique.

Une version préférée de l'invention concerne un procédé de production de paraxylène à très haut niveau de pureté comprenant une séparation SMB produisant deux raffinats distillés différents, R et R*, dont l'un seulement R, riche en éthylbenzène est alimenté à la séparation membranaire. Ceci permet de réduire la taille et/ou le nombre de modules membranaires nécessaires à cette séparation.

L'invention n'est pas liée à un procédé ou un catalyseur particulier d'isomérisation, ou à un procédé de séparation en lit mobile simulé particulier ou même à une membrane de séparation particulière, mais à un enchaînement d'étapes permettant de réduire le débit de la boucle d'isomérisation et de façon générale son coût tant pour l'investissement que pour le coût opératoire.

Description détaillée de l'invention: Plus généralement, l'invention concerne un procédé de production de paraxylène à partir d'une charge d'hydrocarbures aromatiques contenant des xylènes et de l'éthylbenzène, le procédé comprenant successivement les étapes suivantes : - une étape de séparation par adsorption en lit mobile simulé SMB produisant d'une part un extrait distillé E comprenant au moins 95% de paraxylène, et d'autre part au moins un raffinat distillé R contenant de l'éthylbenzène, et optionnellement un autre raffinat distillé R* de teneur en éthylbenzène inférieure à celle de R, - le recyclage d'une partie au moins du raffinat distillé R ou le cas échéant des raffinats distillés R et R* en amont du lit mobile simulé SMB après isomérisation(s), dans lequel on sépare une partie au moins de R dans des moyens de séparation membranaire à travers une membrane présentant une sélectivité pour l'éthylbenzène par rapport à l'orthoxylène et au métaxylène, pour obtenir une première fraction FI relativement riche en éthylbenzène, qui est purgée dans sa plus grande partie au moins, et au moins une fraction complémentaire F2 relativement pauvre en éthylbenzène, qui est recyclée après une étape d'isomérisation unique.

De préférence, cette étape d'isomérisation unique est réalisée exclusivement en phase liquide. Selon l'invention, on désigne par "isomérisation en phase liquide" une isomérisation dans laquelle la plus grande partie au moins de la charge d'isomérisation reste en phase liquide. Dans le cas contraire, on considérera l'isomérisation comme étant "en phase gazeuse".

II est toutefois possible d'utiliser une isomérisation en phase gazeuse, typiquement à sévérité relativement modérée, par exernple avec une vitesse spatiale WH comprise entre 6 h"1 et 15 h-1, en particulier entre 8 h-1 et 12 h-1, avec les conditions de pression, de température, et les catalyseurs précités, alors que les conditions typiques de VVH utilisées généralement sont comprises entre 0,5 h-1 et 6 hl, comme indiqué précédemment. L'invention permet, grâce à une purge sélective d'un courant riche en éthylbenzène d'éviter un gonflement de la boucle de recyclage en éthylbenzène, même après isomérisation en phase liquide, l'éthylbenzène étant relativement plus réfractaire à l'isomérisation. Ceci est mis à profit en limitant la sévérité de l'unité d'isomérisation en phase gazeuse, ou de préférence en éliminant cette isomérisation en phase gazeuse mise en oeuvre le plus souvent dans l'art antérieur, unité coûteuse en investissement et frais opératoires, au profit d'une isomérisation en phase liquide.

Typiquement, la totalité de ladite partie du raffinat distillé R, ou le cas échéant des raffinats distillés R et R*, qui n'est pas purgée est recyclée en amont de l'étape de séparation par adsorption en lit mobile simulé SMB, après avoir été préalablement soumise à l'étape d'isomérisation unique, et optionnellement à la séparation et l'évacuation de composés n'ayant pas 8 atornes de carbone.

On utilise une seule unité d'isomérisation, y compris lorsqu'il y a deux raffinats R et R*. Dans ce cas l'isomérisation commune traite typiquement le mélange du raffinat R* et de la fraction F2 relativement pauvre en éthylbenzène issue de la séparation membranaire, généralement effectuée sur le seul raffinat R.

L'étape d'isomérisation est réalisée de préférence en phase majoritairement et de préférence essentiellement liquide. Elle est typiquement opérée dans les conditions suivantes: - température inférieure à 300°C, de préférence comprise entre 200°C et 260°C, - pression inférieure à 4 MPa, de préférence entre 2 et 3 MPa, - vitesse spatiale horaire inférieure à 10 h-1, de préférence comprise entre 2 et 4 h-1.

Tous les catalyseurs susceptibles d'isomériser les hydrocarbures à 8 atomes de carbone conviennent pour l'unité d'isomérisation de la présente invention. De préférence, on utilisera un catalyseur contenant une zéolithe de type ZSM-5 comme indiqué dans les brevets US 4435608, US 5981817 (page 2) et US6924405. Ainsi, contrairement à l'art antérieur, la présente invention ne fait intervenir qu'une étape d'isomérisation, soit en phase gazeuse à VVH typiquement relativement élevée, soit de préférence en phase liquide, ce qui conduit à des économies importantes aussi bien pour les investissements (notamment en ce qui concerne la charge initiale de catalyseur) que pour les coûts opératoires. Ceci n'entraîne cependant pas un gonflement de la boucle de recyclage, par accumulation d'éthylbenzène du fait de son isomérisation relativement faible, du fait de la mise en oeuvre d'une purge d'éthylbenzène hors de la boucle.

La fraction purgée FI riche en éthylbenzène peut être utilisée comme composant dans le pool essence. II peut toutefois être avantageux de l'utiliser comme source d'éthylbenzène à des fins pétrochimiques, notamment pour la production de styrène. On peut notamment réaliser une purification de la fraction FI enrichie en éthylbenzène qui est purgée pour obtenir de l'éthylbenzène de pureté au moins égale à 98%, voire 99% ou plus.

Cette purification de la fraction FI enrichie peut être réalisée par tous moyens connus de l'homme du métier. On peut en particulier réaliser une purification essentiellement par distillation simple ou bien azéotropique, comme décrite dans l'ouvrage de référence: Procédés de pétrochimie : caractéristiques techniques et économiques. Tome 1, Le gaz de synthèse et ses dérivés, les grands intermédiaires hydrocarbonés / A. Chauvel, G. Lefebvre, JP. Catry; Publications de l'Institut français du pétrole, Editions Technip, 1977, pages 235-237. On peut aussi utiliser l'extraction liquide-liquide, avec ou sans complexation en présence d'un liquide ionique ou non ionique comme HF-BF3 introduit en quantité sur-stoichiométrique par exemple. On peut aussi utiliser une combinaison de plusieurs de ces techniques.

Généralement, FI et F2 sont respectivement le perméat et le rétentat obtenus par la séparation membranaire. Ceci signifie donc que la membrane est permsélective pour l'éthylbenzène vis-à-vis de l'orthoxylène et du métaxylène.

Les moyens de séparation membranaire comprennent un ou plusieurs module(s) membranaire(s); Le, une partie, ou la totalité des modules membranaires comprennent une membrane typiquement permsélective à l'éthylbenzène qui peut comprendre au moins un composé de nature polymère, ou bien au moins un composé de nature inorganique. Les rnembranes utilisées dans le module membranaire peuvent être composites ou non, déposées sur un support ou non supportées, asymétriques ou non. La forme et la nature du module membranaire n'est pas critique dans la présente invention, les paramètres guidant le choix du module étant basés principalement sur des critères de mise en oeuvre, de coût et d'efficacité.

On peut utiliser notamment une membrane permsélective à l'éthylbenzène, à base de tamis moléculaire ou à base de polymère. Cette membrane offre une grande perméabilité à l'éthylbenzène, de manière préférée supérieure à 0,1 barrer. La sélectivité envers l'éthylbenzène par rapport à l'orthoxylène et au métaxylène est de préférence supérieure à 25 et de façon encore plus préférée supérieure à 50.

La différence de pression entre l'amont et l'aval de la membrane est de préférence comprise entre 0,1 et 10 MPa et de manière encore plus préférée comprise entre 0,1 et 5 MPa.

La température du module membranaire dépend de la membrane utilisée, et est typiquement comprise entre la température ambiante et 250°C, de manière préférée entre la température ambiante et 175°C, et de manière encore plus préférée entre la température ambiante et 120°C.

Le taux de récupération de l'éthylbenzène est supérieur à 50 % et de manière préférée supérieur à 70 %. Cette membrane peut être composée par exemple, et de façon non limitative, de zéolithe(s) ZSM-5, ZSM-11, ZSM-22, ZSM-23, ZSM-35, ZSM-48, ZSM-57, SUZ-4, SSZ-23, SSZ-25, SSZ-28, SSZ-32, SSZ-36, NU-87, silicalite ou de granulés d'au moins une silicalite naturelle ou synthétique dispersés dans un matériau polymérique ou encore de granulés de borosilicate et/ou silico-aluminophosphate et/ou aluminophosphate et/ou d'autres zéolithes dispersés dans un matériau polymérique, ou de polymères de type polyimide, polysulfone, polyéthersulfone, polyamide, polycarbonate, poly(amide imide) et polyester. La mise en forme des membranes n'est pas limitative: elles peuvent être utilisées en feuilles, en disques, en fibres creuses, en modules spiralés ou toute autre forme convenable. On peut notamment utiliser la membrane décrite dans le brevet US5824617, ou l'une des membranes décrites dans les articles: "Aromatic permeation through crystalline molecular sieve membranes" (ce qui signifie: perméation d'aromatiques à travers des membranes en tamis moléculaire cristallin), J.L. Falconer, C.J. Gump, V.A. Tuan, R.D. Noble, lnd. Eng. Chem. Res., 40, 2, 565-577, 2001; et "Permeation of aromatic hydrocarbon vapors through silicalite-zeolite membranes" (ce qui signifie: perméation d'hydrocarbures aromatiques en phase vapeur à travers des membranes zéolithe de type silicalite), C.D. Baertsch, H.H. Funke, J.L Falconer, R.D. Noble, J.

Phys. Chem., 101, 7676-7679, 1996).

Le paraxylène est produit à une pureté d'au moins 95 % poids, typiquement à très haute pureté d'au moins 99,5 %, voire le plus souvent au moins 99,7 % poids. L'unité de séparation SMB par adsorption en lit mobile simulé comprend au moins une première colonne d'adsorption fonctionnant en lit mobile simulé et contenant une pluralité de lits d'un adsorbant, de préférence interconnectés en boucle fermée, et ayant une sélectivité différente pour le paraxylène, l'éthylbenzène, le métaxylène et l'orthoxylène, cette colonne comprenant au moins quatre zones de fonctionnement: une zone I de désorption du paraxylène comprise entre l'injection d'un désorbant et le prélèvement d'un extrait, une zone II de désorption de l'éthylbenzène, de l'orthoxylène et du métaxylène comprise entre le prélèvement de l'extrait et l'injection de la charge d'adsorption, une zone III d'adsorption du paraxylène, comprise entre l'injection de la charge et le soutirage d'un raffinat et une zone IV entre le soutirage de raffinat et l'injection de désorbant. Typiquement, on utilise deux colonnes en série interconnectées en boucle fermée. L'unité de séparation SMB est opérée en général à une température comprise entre 20°C et 250°C, de préférence entre 90°C et 210°C, et de manière encore préférée entre 160°C et 200°C, et sous une pression comprise entre la pression de bulle des xylènes à la température opératoire et 2 MF'a. Le désorbant utilisé dans l'unité SMB est généralement choisi parmi le paradiéthylbenzène, le toluène, le paradifluorobenzène ou des diéthylbenzènes en mélange. Le rapport volumique du désorbant sur la charge dans l'unité SMB est typiquement compris entre 0,5 et 2,5 et de préférence compris entre 1,0 et 1,7. Selon une variante caractéristique préférée de l'invention, on utilise une séparation en lit mobile simulé SMB produisant 2 raffinats distillés R et R* dont un premier raffinat distillé R contenant de l'éthylbenzène et un autre raffinat distillé R* de teneur en éthylbenzène inférieure à celle de R. Typiquement, on purge la fraction FI relativement riche en éthylbenzène (généralement le perméat), et l'on recycle d'une part la fraction F2 relativement pauvre en éthylbenzène (généralement le rétentat) ainsi que d'autre part le raffinat distillé R* en amont du lit mobile simulé SMB, après avoir préalablement soumis F2 et R* à une isomérisation de type en phase liquide.

L'unité de séparation SMB est alors composée d'une ou plusieurs colonnes d'adsorption comprenant au moins cinq zones de fonctionnement délimitées par les injections de la charge, du désorbant, et les soutirages d'un extrait contenant du paraxylène, d'un raffinat intermédiaire (ou premier raffinat) contenant de l'éthylbenzène, et d'un second raffinat contenant principalement de l'orthoxylène et du métaxylène. La zone I de désorption du paraxylène est comprise entre l'injection du désorbant et le prélèvement de l'extrait. La zone II de désorption de l'éthylbenzène, du métaxylène et de l'orthoxylène est comprise entre le prélèvement de l'extrait et l'injection de la charge. La zone IIIA d'adsorption du paraxylène est comprise entre l'injection de la charge et le soutirage du raffinat intermédiaire. La zone IIIB d'adsorption de l'éthylbenzène est comprise entre le soutirage du raffinat intermédiaire et le soutirage du second raffinat, et la zone IV est comprise entre le soutirage du second raffinat et l'injection du désorbant.

On soutire de cette ou ces colonne(s) d'adsorption en lit mobile simulé un extrait composé essentiellement de paraxylène et de désorbant qu'on envoie dans une colonne de distillation dont on soutire d'une part du paraxylène à très haute pureté (de préférence supérieure à 99,7%) et d'autre part le désorbant pratiquement exempt de paraxylène qui peut être recyclé au moins en partie en entrée de l'étape d'adsorption.

On soutire également d'autre part un raffinat intermédiaire enrichi en éthylbenzène qu'on envoie dans une colonne de distillation dont on soutire d'une part un (premier) raffinat distillé R riche en éthylbenzène qu'on envoie au moins en partie vers le module membranaire et dont on soutire d'autre part le désorbant pratiquement exempt d'éthylbenzène qu'on recycle au moins en partie en entrée de l'étape d'adsorption en lit mobile simulé.

On soutire finalement un flux de second raffinat essentiellement composé de métaxylène, d'orthoxylène et de désorbant qu'on envoie dans une colonne de distillation dont on soutire d'une part le second raffinat distillé R*, mélange de métaxylène et d'orthoxylène pratiquement exempt de désorbant et dont on soutire d'autre part le désorbant pratiquement exempt de métaxylène et d'orthoxylène. On recycle ce désorbant au moins en partie en entrée de l'étape d'adsorption. Ce mélange R* de métaxylène et d'orthoxylène est envoyé directement vers l'étape d'isomérisation travaillant en phase liquide ou en phase gazeuse et de préférence en phase liquide.

Le premier raffinat (ou raffinat intermédiaire) distillé R, débarrassé de son désorbant, est envoyé dans le module membranaire. On soutire du module membranaire une fraction FI encore enrichi en éthylbenzène qu'on purge, et envoie éventuellement vers une étape optionnelle de purification de l'éthylbenzène. On soutire d'autre part la fraction F2 relativement pauvre en éthylbenzène (typiquement le rétentat) composé essentiellement de métaxylène et d'orthoxylène qu'on envoie vers l'unité d'isomérisation, généralement en phase liquide, typiquement en mélange avec R*.

Description des figures: L'invention sera mieux comprise à la lecture des figures dans lesquelles: La figure 1 représente schématiquement une installation de séparation 10 d'aromatiques en C8 selon l'art antérieur. La figure 2 représente schématiquement une installation de séparation d'aromatiques en C8 pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, dans laquelle on utilise un seul raffinat distillé R. La figure 3 représente schématiquement une autre installation de séparation 15 d'aromatiques en C8 pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, dans laquelle on utilise deux raffinats distillés R et R*. Les numéros de référence des éléments correspondants sont identiques pour toutes les figures.

20 On se réfère maintenant à la figure 1, représentative de l'art antérieur. On réalise une séparation d'une charge d'aromatiques en C8, comprenant les composés PX, OX, MX et EB. L'étape d'adsorption réalisée dans une colonne d'adsorption en lit mobile simulé ou colonne chromatographique 3 qui reçoit en entrée la charge à séparer par la ligne 1 25 ainsi que le solvant de désorption, ou désorbant par la ligne 2, par exemple du paradiéthylbenzène (PDEB). La colonne comprend au moins quatre zones: la zone I de désorption du PX entre l'injection du désorbant et le soutirage de l'extrait riche en PX, la zone Il de désorption du MX, de l'O)( et de l'EB entre le soutirage du PX et l'injection de la charge, la zone III d'adsorption du PX entre l'injection de la charge et 30 soutirage du raffinat composé du MX, de l'OX et de l'EB, et la zone IV entre le soutirage du raffinat et l'injection du désorbant. De cette colonne d'adsorption ou colonne chromatographique 3 on soutire donc via la ligne 4 un raffinat riche en MX, OX, EB et désorbant, et pauvre en PX, ainsi que via la ligne 5 un extrait riche en PX et en désorbant et pauvre en MX, OX et EB. L'extrait est distillé dans une colonne 6 pour obtenir le désorbant recyclé via la ligne 7 et l'extrait distillé (E) via la ligne 8, composé de PX à haute pureté, par exemple à 99,8% poids. La figure 1 représente une séparation directe à haute pureté (en anglais "stand alone"). On pourrait aussi utiliser également une unité hybride. Dans ce cas, l'extrait distillé E serait à une pureté d'environ 95% poids et serait ensuite purifié dans une unité de cristallisation pour obtenir du PX à au moins 99,7% de pureté (spécification commerciale typique) et une liqueur mère généralement recyclée au SMB. Le raffinat est distillé dans une colonne 12 pour obtenir le désorbant recyclé via la ligne 13 et le raffinat distillé (R) évacué par la ligne 14, pauvre en PX et riche en MX, OX et EB. Le raffinat distillé (R) est envoyé par la ligne 14 dans une unité 15 d'isomération en phase gazeuse (ISOM-G) pour permettre d'isomériser suffisamment l'éthylbenzène, ainsi que OX et MX, qui subissent inévitablement une certaine déalkylation. Cette unité ISOM-G reçoit typiquement un flux d'hydrogène alimenté par la ligne 16. Avant recyclage au SMB de l'isomérisat par la ligne 18, les composés hors coupe C8 (à 8 atomes de carbone) contenus dans les effluents d'isomérisation sont évacués via la ligne 17.

On se réfère maintenant à la figure 2 dont l'installation permet la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, et dont l'unité de séparation en lit mobile simulé SMB produit un seul raffinat distillé R, comme dans l'exemple 1.

La séparation SMB et la purification de l'extrait sont réalisées de façon identique à celles de la figure 1. Le raffinat distillé R circulant dans la ligne 14, riche en OX, MX et EB n'est par contre pas isomérisé directement, mais envoyé dans une unité de séparation membranaire 20 comprenant un ou plusieurs modules de séparation à membrane zéolithique, polymère ou mélange de zéolithe et polymère permsélective pour l'éthylbenzène EB. Cette unité produit un perméat 22 relativement riche en EB, et pauvre en OX et MX, qui est évacué via la ligne 22 de la boucle de recyclage vers l'unité SMB, et un rétentat relativement riche en OX et MX et pauvre en EB circulant dans la ligne 21. On peut notamment utiliser l'une des membranes définies précédemment. Une fraction du raffinat distillé R peut éventuellement contourner la séparation 5 membranaire via la ligne 19, pour réduire sa capacité. Le perméat circulant dans la ligne 21 est isomérisé dans une unité 28 d'isomérisation, de préférence en phase liquide (ISOM-L), classiquement sans apport d'hydrogène. On évacue via la ligne 30, après séparation des effluents d'isomérisation, un courant de fractions hors C8. L'isomérat est recyclé via la ligne 10 31 en amont de l'unité SMB. En variante, l'unité 28 peut être une unité d'isomérisation en phase gazeuse de volume catalytique typiquement réduit par rapport au volume catalytique de celle de la figure 1: En effet, comme on a évacué de l'éthylbenzène via la ligne 22, même une isomérisation limitée de cet éthylbenzène permet d'opérer sans gonflement 15 excessif de la boucle de recyclage par l'éthylbenzène non transformé (non isomérisé). Le perméat riche en EB circulant dans la ligne 22 est déshydrogéné dans une unité de déshydrogénation 23 pour la conversion de l'éthylbenzène EB en styrène. L'effluent de cette unité sortant par la ligne 24 est ensuite séparé dans une unité de 20 séparation 25 pour produire du styrène sortant par la ligne 26 et un flux de composés résiduels circulant dans la ligne 27. L'unité de déshydrogénation 23 peut par exemple être réalisée comme il est décrit dans le brevet FR 2844790, pages 8, 12 et 13. L'unité de séparation 25 peut par exemple être réalisée comme il est décrit dans le 25 brevet FR 2844790, pages 9, 13 et 14.

On se réfère maintenant à la figure 3, qui représente une autre installation qui permet la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, et dont l'unité de séparation en lit mobile simulé SMB produit deux raffinats distillés séparés R et R*. 30 Le premier raffinat circulant dans la ligne 4, qui contient la plus grande partie de l'éthylbenzène EB, est traité de la même façon que pour l'unité de la figure 2.

Le second raffinat est soutiré en aval du premier raffinat 4 via la ligne 32, et distillé dans une colonne 33 pour séparer un second raffinat distillé R* circulant dans la ligne 34, du désorbant qui est recyclé au SMB via la ligne 35. Ce second raffinat distillé R* est relativement pauvre en EB, et relativement riche en OX et MX. Par conséquent, il n'est pas nécessaire de le soumettre à une séparation membranaire pour en extraire l'éthylbenzène EB qu'il contient. Ainsi, selon cette variante préférée de l'invention, on additionne directement ce second raffinat distillé R* au rétentat issu de l'unité de séparation membranaire et circulant dans la ligne 21, pour former la charge de l'unité 28 d'isomérisation, de préférence en phase liquide (ISOM-L), alimentée via la ligne 36. L'unité de séparation membranaire ne traite donc que le premier raffinat distillé R, et non le raffinat distillé total R + R*. Sa capacité et son coût sont donc réduits.

Exemples: Les débits des unités sont exprimés en kt/an (1 kt/an = 1000 tonnes par an). Les compositions sont exprimées en % poids du courant considéré.

Exemple 1, selon l'art antérieur: Cet exemple illustre l'art antérieur et décrit une installation de séparation 20 d'aromatiques en C8 conforme à l'installation de la figure 1:

La charge totale du SMB est envoyée dans une unité d'adsorption en lit mobile simulé SMB (3) à quatre zones et quatre flux principaux: la charge, le désorbant, le raffinat et l'extrait. Cette unité est composée de 24 lits contenant une zéolithe X 25 échangée au baryum. La température est de 175°C. La configuration est: 5 lits en zone I, 9 lits en zone II, 7 lits en zone III et 3 lits en zone IV. Le désorbant est constitué de 99% de paradiéthylbenzène (PDEB), le débit de désorbant est de 3000 kt/an. Le débit de raffinat (4) est de 3780kt/an. En fond de colonne (12) on soutire 2210 30 kt/an de désorbant (13) recyclé vers l'unité d'adsorption, en tête de colonne on soutire 1570 kt/an de raffinat (14) débarrassé du désorbant dont la teneur en PX est d'environ 1%.

L'unité d'isomérisation travaille aux conditions suivantes: Température: 385°C Catalyseur au platine contenant de la zéolithe EU1 décrit dans le brevet FR 2 795 5 407 page 19 (10% poids de zéolithe EU1; rapport Si/AI = 18; 0,3% poids de platine; 89,7% poids d'alumine servant de liant). Vitesse spatiale: 3,5 h-1 Rapport H2/hydrocarbures: 4,4:1 Pression: 0,9 MPa. 10 On peut, à l'intérieur de l'unité d'isomérisation faire circuler en boucle un flux de 160 kt/an d'une coupe paraffinique et naphténique en C8 et C9 (non représenté sur la figure 1). Ce mélange est injecté dans le réacteur d'isomérisation (15). Un flux de 130 kt/an d'hydrogène est recyclé à l'isomérisation via un compresseur.

15 Les principaux flux de procédé sont les suivants: Débit (kt/an) PX (%) MX (%) OX (%) EB (%) Charge fraîche 460,0 25,0 45,0 20,0 10,0 ligne 1 Charge totale SMB 1980,0 21,5 47,0 21,2 10,3 lignes 1 +18 Extrait distillé 410,0 99,8 0,08 0,04 0,08 ligne 8 Raffinat distillé R 1570,0 1,0 59,2 26,7 13,0 ligne 14 Recyclage isomérisat 1520,0 20,5 47,6 21,5 10,4 ligne 18 20 Exemple 2, selon l'invention: Cet exemple illustre l'invention et décrit une installation de séparation d'aromatiques en C8 conforme à l'installation de la figure 2 (sauf pour la partie traitement du perméat riche en éthylbenzène, non détaillée), donc avec un SMB à un seul raffinat distillé R. Le débit de charge fraîche (flux 1) est adapté pour assurer une production 25 de PX sensiblement identique à celle de l'exemple 1. Ta Le lit mobile simulé SMB est de même type et fonctionne de façon identique à celui de la figure 1. Le raffinat distillé R est envoyé dans un séparateur membranaire ayant une sélectivité en mélange [EB ou PX] par rapport à [MX ou OX] de 50, dont la couche sélective à base de zéolithe présente un taux de recouvrement moyen en aromatiques dans la zéolithe de 85%. On utilise une membrane ZSM-5 échangée au bore sur support en inox, telle que la membrane "B-ZSM-5" présentée dans la référence (1) (page 568) et plus en détail dans les références (2) (pages 1202-1203) et (3) (pages 3636-3637), avec: Ref. (1) C.G. Gump, V.A. Tuan, R.D. Noble, J.L. Falconer, Aromatic permeation through crystalline molecular sieve membranes, Ind. Eng. Chem. Res., 40 (2001) 565-577 Ref. (2) V.A. Tuan, R.D. Noble, J.L. Falconer, Boron subsituted ZSM-5 membranes: Preparation and separation performance, AIChE Journal, 46 (2000), 1201-1208 Ref. (3) V.A. Tuan, J.L. Falconer, R.D. Noble, Alkali-free ZSM-5 membranes: preparation conditions and separation performance, Ind. Eng. Chem. Res., 38 (1999) 3635-3646. Cette membrane comprend 4 couches de membrane ZSM-5 sur un support en inox 20 de dimension caractéristique de pores de 500 nanomètres.

Le rétentat (ligne 21) appauvri en EB est envoyé dans une unité d'isomérisation en phase liquide qui fonctionne aux conditions suivantes: Pression: 2MPa 25 Température: 260°C Catalyseur décrit dans le brevet US 3,856,871 (col 9, ligne 19 à col 10, ligne 3), contenant 65% de zéolithe HZSM-5 et 35% de liant alumine AI2O3. Vitesse spatiale: 3 h-1 Les principaux flux de procédé sont les suivants: 30 Tableau 2: Débit kt/an PX (%) MX (%) OX (%) EB (%) Charge fraîche 580,0 25,0 45,0 20,0 10,0 lignel Charge totale 1980,0 21,0 49,9 23,7 5,3 lignes 1+18 Extrait distillé 400, 0 99,8 0,08 0,04 0,08 ligne 8 Raffinat distillé R 1580,0 1,0 62,6 29,7 6,7 lignel4 Perméat 83,0 6,4 15,4 8,2 70,0 ligne 22 Rétentat 1400,0 0,6 65,9 30,1 3,4 ligne 21 Recyclage 1400,0 19,3 52,0 25,3 3,4 ligne 31 On peut constater que le recyclage de produit isomérisé (ligne 31) est plus faible que celui de l'art antérieur (ligne 18 de l'exemple 1), avec une isomérisation unique en phase liquide beaucoup moins coûteuse tant en investissement qu'en coût opératoire.

Exemple 3, selon l'invention: Cet exemple illustre l'invention et décrit une installation de séparation d'aromatiques en C8 conforme à l'installation de la figure 3 (sauf pour la partie traitement du perméat riche en éthylbenzène, non détaillée), donc avec un SMB à deux raffinats distillés R et R*. Le débit de charge fraîche (flux 1) est adapté pour assurer une production de PX sensiblement identique à celles des exemples 1 et 2.

L'unité d'adsorption et de séparation SMB est cette fois-ci modifiée et produit 3 effluents dont deux raffinats distillés R et R* dont les caractéristiques seront données ci-dessous. La répartition des zones est la suivante: 5 lits en zone I; 9 lits en zone II; 5 lits en zone IIIA; 3 lits en zone IIIB et 2 lits en zone IV. On pourra aussi se référer au brevet 20 FR 2 962 638 page 18, lignes 21-22. La totalité du premier raffinat distillé (ou raffinat intermédiaire) R est envoyée dans un séparateur membranaire ayant une membrane de même type que celle de l'exemple 2. Le rétentat (ligne 21) appauvri en EB est additionné par le second20 raffinat distillé R* (ligne 34), et le mélange (ligne 36) est envoyé dans une unité d'isomérisation en phase liquide qui fonctionne dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 2.

Les principaux flux de procédé sont les suivants: Tableau 3: Débit kt/an PX (%) MX (%) OX (%) EB (%) Charge fraîche 457 25,0 45,0 20,0 10,0 lignel Charge totale 1980 20,6 50,8 23,7 4,9 lignes 1+18 Extrait distillé 400 99,8 0,08 0,04 0,08 ligne 8 1er Raffinat distillé R 300 2,4 54,6 27,0 16,0 ligne 14 2na Raffinat distillé R* 1280 0,1 65,1 30,9 3,8 ligne 24 Perméat 57 6,4 15,4 8,2 70,0 ligne 22 Rétentat 243 1,5 63,8 31,4 3,3 ligne 21 Recyclage 1523 19,3 52,0 25,3 3,4 ligne 31 On peut constater que le recyclage de produit isomérisé (ligne 31) reste très légèrement plus faible que celui de l'art antérieur (ligne 18 de l'exemple 1), avec une isomérisation unique en phase liquide beaucoup moins coûteuse tant en investissement qu'en coût opératoire. Le débit alimentant le séparateur membranaire est fortement réduit par rapport à celui de l'exemple 2 (300 kt/an au lieu de 1570 kt/an). En contrepartie le SMB est un peu plus complexe.

Claims (11)

Revendications

1. Procédé de production de paraxylène à partir d'une charge d'hydrocarbures aromatiques contenant des xylènes et de l'éthylbenzène, le procédé comprenant successivement les étapes suivantes: - une étape de séparation par adsorption en lit mobile simulé SMB produisant d'une part un extrait distillé E comprenant au moins 95% de paraxylène, et d'autre part au moins un raffinat distillé R contenant de l'éthylbenzène, et optionnellement un autre raffinat distillé R* de teneur en éthylbenzène inférieure à celle de R, - le recyclage d'une partie au moins du raffinat distillé R, ou le cas échéant des raffinats distillés R et R* en amont du lit mobile simulé SMB, après isomérisation(s), dans lequel on sépare une partie au moins de R dans des moyens de séparation membranaire à travers une membrane présentant une sélectivité pour l'éthylbenzène par rapport à l'orthoxylène et au métaxylène, pour obtenir une première fraction F1 relativement riche en éthylbenzène, qui est purgée dans sa plus grande partie au moins, et au moins une fraction complémentaire F2 relativement pauvre en éthylbenzène, qui est recyclée après une étape d'isomérisation unique.

2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel ladite étape d'isomérisation unique est exclusivement une étape d'isomérisation en phase liquide, c'est-à-dire sans vaporisation de la plus grande partie au moins de la charge d'isomérisation.

3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel la totalité de ladite partie du raffinat distillé R, ou le cas échéant des raffinats distillés R et R*, qui n'est pas purgée est recyclée en amont de l'étape de séparation par adsorption en lit mobile simulé SMB du lit mobile simulé SMB, après avoir été préalablement soumise à l' étape d'isomérisation unique, et optionnellement à la séparation et l'évacuation de composés n'ayant pas 8 atomes de carbone.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel F1 et F2 sont respectivement le perméat et le rétentat obtenus par la séparation membranaire.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel on réalise une purification de la fraction F1 enrichie en éthylbenzène qui est purgée, pour obtenir de l'éthylbenzène de pureté au égale à 98%.

6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la purification de la fraction FI enrichie est réalisée essentiellement par distillation simple et/ou azéotropique, et/ou extraction liquide-liquide, avec ou sans complexation en présence d'un liquide ionique ou non ionique.

7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel lesdits moyens de séparation membranaire comprennent une membrane permsélective à l'éthylbenzène comprenant au moins un composé de nature polymère.

8. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel lesdits moyens de séparation membranaire comprennent au moins un module membranaire comprenant une membrane permsélective à l'éthylbenzène comprenant au moins un composé de nature inorganique.

9. Procédé selon la revendication 8 dans lequel le module membranaire comprend une membrane permsélective à l'éthylbenzène comprenant au moins une zéolithe.

10. Procédé selon l'une des revendications précédentes comprenant une unique étape d'isomérisation, qui est réalisée en phase liquide dans les conditions suivantes: - température comprise entre 200°C et 260°C, -pression comprise entre 2 MPa et 3 MPa, - vitesse spatiale horaire comprise entre 2 h-1 et 4 h-1.

11. Procédé selon l'une des revendications 1 et 4 à 10, comprenant une étape de séparation par adsorption en lit mobile simulé SMB produisant 2 raffinats dont un premier raffinat distillé R contenant de l'éthylbenzène, et un autre raffinat distillé R* de teneur en éthylbenzène inférieure à celle de R, dans lequel on purge la fraction FI relativement riche en éthylbenzène, et l'on recycle la fraction F2 relativement pauvre en éthylbenzène ainsi que le raffinat distillé R* en amont du lit mobile simulé SMB, après avoir préalablement soumis ce mélange de F2 et R* à une isomérisation, en particulier en phase liquide.