FR3042189A1 - Procede pour produire un hydrocarbure aromatique, du p-xylene et de l'acide terephtalique - Google Patents

Procede pour produire un hydrocarbure aromatique, du p-xylene et de l'acide terephtalique Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de préparation d'un hydrocarbure aromatique, et des procédés de production de p-xylène et d'acide téréphtalique. Le procédé de production dudit hydrocarbure aromatique comprend une étape de mise en contact d'une oléfine avec un diène en présence d'un catalyseur pour obtenir un hydrocarbure aromatique qui est caractérisé en ce que, au moins une partie de ladite oléfine est remplacée par un diénophile. La pression réactionnelle peut être réduite et la sélectivité envers le xylène peut être accrue à l'aide de l'amélioration apportée par la présente invention.

Description

Domaine technique
La présente invention concerne un procédé de préparation d’un hydrocarbure aromatique, en particulier, un procédé de préparation d’un produit d’hydrocarbure aromatique riche en xylène. La présente invention concerne en outre des procédés de préparation de p-xylène et d’acide téréphtalique basés sur le procédé de préparation dudit hydrocarbure aromatique.
Etat de la technique
Les hydrocarbures aromatiques sont des matières premières de base importantes pour l’industrie pétrochimique, et largement utilisés dans de nombreux domaines tels que ('industrie du polyester, l’industrie des fibres chimiques, et l'industrie du caoutchouc. Le benzène, le toluène et le xylène sont lès trois hydrocarbures aromatiques tes plus largement utilisés, le p-xylène, entre autres, faisant l’objet de la demande et de l’application la plus importante. Actuellement, la production domestique et à l'étranger d’hydrocarbures aromatiques repose principalement sur des ressources d’origine fossile, non renouvelables. Toutefois, comme les ressources d’origine fossile ont un réservoir limité et ne sont pas renouvelables, le coût de production des hydrocarbures aromatiques augmente. De plus, le développement et l'utilisation continus des ressources d’origine fossile conduisent à des émissions massives de gaz de serre, et à l’aggravation de toute une série de problèmes environnementaux qui en résultent. Par conséquent, il serait utile et important de développer une technique de production d’un hydrocarbure aromatique (notamment de xylène) à partir de ressources renouvelables.
Depuis peu, on constate une certaine avancée dans l’étude de la production d’hydrocarbures aromatiques par la voie biomasse. Le document GN102482177A décrit une technique de production de p-xylène par réaction de 2,5-diméthylfurane et d’éthylène en présence d’un catalyseur. Cette technique présente toutefois le problème d’une faible sélectivité envers le xylène et d’une pression réactionnelle élevée, ayant pour effet d’accroître la complexité de l'opération et le facteur de risque· De plus, l'utilisation d’éthylène produit la consommation d’une ressource d’origine fossile, et cette technique n’est par conséquent pas complètement basée sur la voie biomasse. Résumé de l'invention
Sur la base des circonstances mentionnées ci-dessus, les présents inventeurs considèrent qu’il est nécessaire de développer un procédé de préparation d’un hydrocarbure aromatique qui, comparativement à l’état de la technique, permet d’obtenir un taux de conversion du matériau de départ sensiblement comparable, voire supérieur, et de considérablement réduire la pression réactionnelle, et donc de diminuer le facteur de risque lors du fonctionnement de l’appareil de réaction. En outre, les présents inventeurs considèrent également qu’il est nécessaire de développer uh procédé de préparation d’un hydrocarbure aromatique qui, comparativement à l’état de la technique, présente une sélectivité améliorée envers le xylène et un rendement de xylène accru (en particulier le rendement de p-xylène), résultant en une proportion accrue de xylène dans Je produit d’hydrocarbures aromatiques obtenu, et par conséquent en la production d’un produit d’hydrocarbures aromatiques plus riche en xylène. De plus, les présents inventeurs considèrent qu’il est nécessaire de développer un procédé de préparation d’un hydrocarbure aromatique qui, comparativement à l’état de la technique, permet de réduire autant que possible l'utilisation d’éthylène, voire même n’utilise pas d’éthylène, et est, par conséquent, complètement basé sur la voie biomasse.
Les présents inventeurs ont découvert à l’issue de recherches Intensives qu’un ou plusieurs des problèmes ci-dessus de l’état de la technique peuvent être résolus en remplaçant au moins une partie de l’oléfine telle que l’éthylène par un diénophile tel que l’éthanol, et ont par conséquent mis la présente invention au point. Plus spécifiquement, la présente invention implique les aspects suivants : 1. (Aspect a) Un procédé de production d’un hydrocarbure aromatique par cycîoaddition, comprenant une étape de mise en contact d’un matériau de départ avec un catalyseur dans les conditions d’une cycloaddition pour obtenir un flux d’hydrocarbures aromatiques contenant du benzène, du toluène et du xylène (appelée « étape de mise en contact »), dans lequel ledit matériau de départ comprend un diène et un diénophile ; ou (Aspect b) Un procédé de préparation d’un hydrocarbure aromatique, comprenant une étape de mise en contact d’une oléfine avec un diène en présence d’un catalyseur pour obtenir un hydrocarbure aromatique (appelée « étape de mise en contact »), qui est caractérisé en ce que un diénophile est utilisé pour remplacer au moins une partie de ladite oléfine (de préférence, 5% en mol ou plus, plus préférablement 10% en mol ou plus, plus préférablement 20% en mol ou plus, plus préférablement 30% en mol ou plus, plus préférablement 40% en mol ou plus, plus préférablement 50% en mol ou plus, plus préférablement 70% en mol ou plus, plus préférablement 90% en mol ou plus, plus préférablement 95% en mol ou plus, ou en totalité, ci-après le rapport R).
Selon ledit aspect a et ledit aspect b, ledit diène a la formule structurale (I) suivante : o, dans la formule (I), Ri et Ra sont identiques ou différents l’un de l’autre, et sont choisis dans le groupe constitué par un atome d’hydrogène, un alkyle en Ci_2o linéaire ou ramifié éventuellement substitué, un alcényle en C2-20 linéaire ou ramifié éventuellement substitué, un alcynyle en C2-20 linéaire ou ramifié éventuellement substitué, un cycloalkyie en C3-20 éventuellement substitué et un aryle en Ce-20 éventuellement substitué respectivement et indépendamment ; de préférence choisis dans je groupe constitué par un atome d’hydrogène, un alkyle en C-i_5 linéaire ou ramifié éventuellement substitué et un alcényle en C2-10 linéaire ou ramifié éventuellement substitué, respectivement et indépendamment ; plus préférablement choisis dans le groupe constitué par un atome d’hydrogène et un alkyle en Gi_3 linéaire ou ramifié éventuellement substitué, respectivement et indépendamment, plus préférablement tous deux un méthyle, ladite oléfine est au moins une oîèfine choisie parmi les oléfines en C2-C1Q, de préférence les α-oléfines en C2-C10. plus préférablement les α-oléfines en C2-C4, plus préférablement l’éthylène èt le propène, plus préférablement l’éthylène, ledit diénophile est au moins un diénophile choisi parmi les alcools en C2-C10, de préférence les alcools monohydriques en C2-C10, plus préférablement les alcools en C2-C4 ou les alcools monohydriques en C2-C4, plus préférablement l’éthanol, le n-propanol, l’isopropanol et le sec-butanol, plus préférablement l’éthanol. 2. Un procédé selon l’un quelconque des aspects précédents, dans lequel ledit catalyseur est un tamis moléculaire, et ledit tamis moléculaire est un ou plusieurs tamis moléculaires choisis parmi un tamis moléculaire de type ZSM (de préférence ZSM-5, ZSM-11, ZSM-22, ZSM-23 et ZSM-38), un tamis moléculaire de type Y, un tamis moléculaire de type bêta et un tamis moléculaire de type MCM (de préférence MCM-22 et MCM-41), de préférence ZSM-5, un tamis moléculaire de type Y, un tamis moléculaire de type bêta et MCM-41, plus préférablement ZSM-5. 3. Un procédé selon l’un quelconque des aspects précédents, dans lequel ledit tamis moléculaire de type ZSM (de préférence ZSM-5 ou ZSM-22) a un rapport molaire Si02/AI203 de 10 à 500, de préférence de 15 à 200 ; ledit tamis moléculaire de type Y a un rapport molaire Si02/AI203 de 2 à 80, de préférence de 3 à 50 ; ledit tamis moléculaire de type bêta a un rapport molaire Si02/AI203 de 10 à 150, de préférence de 15 à 65 ; ledit tamis moléculaire de type MCM (de préférence MCM-22 ou MCM-41) a un rapport molaire Si02/AI203 de 20 à 250, de préférence de 40 à 150. 4. Un procédé selon l’un quelconque des aspects précédents, dans lequel le rapport de la mole dudit diène à la mole totale dudit diénophile et de ladite oléfine est de 0,1 à 10, de préférence de 0,5 à 2. 5. Un procédé selon l’un quelconque des aspects précédents, dans lequel ladite étape de mise en contact est mise en oeuvre à une température réactionnelle de 80 à 400 °C, de préférence de 160 à 350°C, sous une pression réactionnelle de 0,5 à 10MPa, de préférence de 3,0 à 6,5 MPa, plus préférablement une pression autogène. 6. Un procédé selon l'un quelconque des aspects précédents, dans lequel ladite étape de mise en contact est mise en oeuvre à une pression réactionnelle prédéfinie, et ladite pression réactionnelle décroît au fur et à mesure que ledit rapport R croît. 7. Un procédé selon l’un quelconque des aspects précédents, dans lequel ledit diène et/ou ledite diénophile est dérivé d’une matière de biomasse, de préférence une ou plusieurs dérivées du xylitol, du glucose, du celiobiose, de la cellulose, de l’hémicellulose et de la lignine, ou une ou plusieurs dérivées de boues de papier, de déchets de papier, de bagasse de canne à sucre, du glucose, du bois, d’épis de maïs, de tiges de maïs et de paille de riz. 8. Un procédé selon l’un quelconque des aspects précédents, qui comprend en outre une étape de soumission de la matière de biomasse à une conversion catalytique et à une hydrogénation catalytique ultérieure facultative pour obtenir ledit diène et/Ou ledit diénophile. 9. Un procédé selon l’un quelconque des aspects précédents, dans lequel ladite cycloaddition est mise en oeuvre à une température réactionnelle de 80 à 400°C, le catalyseur étant utilisé en une quantité de 0,1 à 300% en poids du matériau de départ (à savoir, total du diène, du diénophile et de Poléfine), dans une atmosphère réactionnelle contenant de l’azote, de l’hydrogène, du C02, ou tout mélange de gaz les contenant. 10. Un procédé de production de p-xylène, comprenant les étapes suivantes : une étape de production d’un hydrocarbure aromatique selon le procédé de l’un quelconque des aspects précédents ; et une étape de séparation du p-xylène dudit hydrocarbure aromatique. 11. Un procédé de production d’acide téréphtâlique, comprenant les étapes suivantes : une étape de production de p-xylène selon le procédé de l’un quelconque des aspects précédents ; et une étape de conversion du p-xylène en acide téréphtâlique.
Effet technique
Selon un mode de réalisation, comparativement à l’état de la technique, le présent procédé de production d’un hydrocarbure aromatique permet de réduire la quantité consommée d’une oléfine telle que l’éthylène, et dans le cas préféré entre tous, de parvenir à une utilisation « zéro éthylène », et être par conséquent un procédé complètement basé sur la voie biomasse.
Selon un mode de réalisation, comparativement à l’état de la technique, le présent procédé de production d’un hydrocarbure aromatique permet d’obtenir un taux de conversion de diène sensiblement comparable, voire supérieur, et en même temps de considérablement réduire la pression réactionnelle nécessaire audjt procédé ; et par conséquent le risque de sécurité de l’appareil de réaction est faible. Dans un cas préféré entre tous, le présent procédé de production d’un hydrocarbure aromatique peut être mis en œuvre sous une pression autogène du système de réaction.
Selon un mode de réalisation, comparativement à l’état de la technique, le présent procédé de production d’un hydrocarbure aromatique permet d’accroître l'activité réactionnelle initiale du diène. C’est-à-dire qu’un taux de conversion plus élevé dudit diène peut être obtenu en un temps de réaction plus court, et par conséquent le temps de réaction nécessaire à la production de l’hydrocarbure aromatique peut être raccourci.
Selon uri mode de réalisation, comparativement à l’état de la technique, le présent procédé de production d’un hydrocarbure aromatique permet de considérablement accroître le taux de conversion du diène, et en même temps de considérablement améliorer la sélectivité envers les hydrocarbures de type BTX (benzènë, toluène et xylène), en particulier le xylène, plus particulièrement le p-xylène. Par exemple, dans le présent procédé de production d’un hydrocarbure aromatique, le taux de conversion dudit diène peut atteindre 99% ou plus, tandis que la sélectivité envers le xylène (en particulier, le p-xylène) peut atteindre 87% bu plus.
Selon un mode de réalisation, comparativement à l’état de la technique, le présent procédé de productipn d’un hydrocarbure aromatique permet d’obtenir directement un produit d’hydrocarbure aromatique qui est substantiellement riche en hydrocarbures aromatiques de type BTX (benzène, toluène et xylène), en particulier en xylène, ta teneur en xylène (en particulier en p-xylène) du produit d’hydrocarbure aromatique étant généralement supérieure à 30% en poids, de préférence 50% en poids ou plus, plus préférablement 70% en poids ou plus, et pouvant atteindre jusqu’à 94% en poids.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
Les modes de réalisation selon la présente invention seront décrits en détails ci-dessous, mais on notera que la portée de la présente invention n’est pas limitée par ces modes de réalisation spécifiques, mais est déterminée par les revendications jointes.
Toutes les publications, demandes de brevets, tous les brevets, et autres références mentionnés dans la présente description sont incorporés ici par référence dans leur totalité. Sauf indications contraires, tous les termes techniques et scientifiques utilisés ici ont'la signification généralement connue de l’homme du métier dans la technique dont relève la présente invention. En cas de conflit, y compris la définition, la présente description prévaudra.
Quand l’expression « connu de l’homme du métier » ou « généralement connu dans la technique » ou autres expressions similaires sont utilisées pour décrire les matériaux, les méthodes, les composants, les dispositifs ou l’équipement, ces expressions indiquent que la présente description inclut non seulement celles généralement utilisées au moment du dépôt de la présente demande, mais inclut aussi celles qui ne sont pas encore couramment utilisées mais conviennent oU conviendront à des fins similaires, comme reconnu dans la technique.
Dans le contexte de la présente description, sauf indications contraires, la conversion, le rendement et la sélectivité se réfèrent à la conversion à sens unique, au rendement en une seule passe et à la sélectivité en une seule passe, respectivement.
Dans le cadre de la présente description, l’expression « éventuellement substitué » signifie éventuellement substitué par un ou plusieurs (p. ex. 1-3,1-2 ou 1) groupes de substitution choisis dans le groupe constitué par un alkyle en C-i_6 linéaire ou ramifié qui est éventuellement substitué par un ou plusieurs groupes hydroxy ou groupes carboxyle ; un alcényle en Cz-e linéaire ou ramifié qui est éventuellement substitué par un ou plusieurs groupes hydroxy ou groupes carboxyle ; Un alcynyle en C2-6 linéaire ou ramifié qui est éventuellement substitué par un ou plusieurs groupes hydroxy ou groupes carboxyle ; un cycloalkyle en G3-.10 qui est éventuellement substitué par un ou plusieurs groupes hydroxy ou groupes carboxyle, un aryle en Ce-ίο, carboxyle et hydroxy, et de préférence signifie éventuellement substitué par un ou plusieurs (p. ex. 1-3,1-2 ou 1) groupes alkyle en Ci_e linéaires ou ramifiés.
Dans le cadre de la présente description, tous les pourcentages, parties, rapports, et autres sont en poids sauf indications contraires, à moins qu'une base en poids ne soit pas conforme à la connaissance classique de l’homme du métier.
Dans le cadre de la présente description, et en l’absence d’indications spécifiques, ladite « matière première » ou ledit « matériau de départ » désigne le diène, le diénophile et l’oléfine.
La présente invention concerne un procédé de préparation d’un hydrocarbure aromatique, Comprenant une étape de mise en contact d’une oléfinè avec un diène en présence d’un catalyseur pour obtenir un hydrocarbure aromatique (étape de mise en contact). En variante, la présente invention concerne un procédé de production d’un hydrocarbure aromatique par cycloaddition, comprenant une étape de mise en contact d’un matériau de départ avec un catalyseur dans une condition de cycloaddition pour obtenir un flux d’hydrocarbure aromatique contenant du benzène, du toluène et du xylène (ladite « étape de mise en contact »).
Selon la présente invention, de manière générale ledit diène a la formule structurale (1) suivante :
(I)
dans la formule (I), Ri et R2 sont identiques ou différents l’un de l’autre, et sont choisis dans le groupe constitué par un atome d’hydrogène, un alkyle en Ci_2o linéaire ou ramifié éventuellement substitué, un alcényle en C2-2q linéaire ou ramifié éventuellement substitué, un alcynyle en C2-20 linéaire ou ramifié éventuellement substitué, un cydoaikyle en Cz-20 éventuellement substitué et un aryle en Οβ_2ο éventuellement substitué, respectivement et indépendamment.
Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, dans la formule (I), Ri et R2 sont identiques ou différents l’un de l’autre, et sont choisis dans le groupe constitué par un atome d’hydrogène, un alkyle en Ci_5 linéaire ou ramifié éventuellement substitué et un alcényle en C2-10 linéaire ou ramifié éventuellement substitué, respectivement et indépendamment.
Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, dans la formule (I), Ri et R2 sont identiques ou différents l’un de l’autre, et sont choisis dans le groupe constitué par un atome d’hydrogène et un alkyle en G1-3 linéaire ou ramifié éventuellement substitué, respectivement et indépendamment.
Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, dans la formule (I), Ri et R2 sont tous deux un méthyle.
Selon la présente invention, ladite oléfine est au moins une oléfine choisie parmi les oléfines C2-Cio·
Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, ladite oléfine est au moins une oléfine choisie dans le groupe constitué par les α-oléfines C2-C10, plus préférablement les α-oléfines C2-C4, plus préférablement l’éthylène et le propène, en particulier l’éthylène.
Selon la présente invention, basée sur l’état de la technique, les inventeurs introduisent une amélioration dans ladite étape de mise en contact, qui est caractérisée en ce qu’un diénophile est utilisé pour remplacer au moins une partie de ladite oléfine. Ici, « remplacer » signifie qu’une certaine quantité du diénophile remplace une quantité égale ou une quantité correspondante de l’oléfine, et est soumis à ladite étape de mise en contact avec le diène pour obtenir l’hydrocarbure aromatique. Par exemple, dans le cas où dans la technique il est prévu qu’une oléfine en une quantité de A mole(s) et qu’un diène en une quantité de B mole(s) sont soumis à ladite étape de mise en contact, ['amélioration selon la présente invention réside dans le fait qu’au moins une partie de ladite oléfine est remplacée par un dîénophile, de façon que l’oléfine et le dîénophile en une quantité totale de A mole(s) et que le diène en une quantité de B mole(s) soient Soumis à ladite étape de mise en contact. Par conséquent, sur la base de l’amélioration, le présent procédé de production d’un hydrocarbure aromatique comprend une étape de mise en contact de l’oléfine (le cas échéant), du dîénophile et du diène en présence d’un catalyseur pour obtenir l’hydrocarbure aromatique (ladite « étape de mise en contact »).
Selon la présente invention, sur la base du pourcentage en mole d’oléfine remplacée par ledit dîénophile (ledit Rapport R), le rapport R est par exemple de 5% en mole ou plus, plus préférablement de 10% en mole ou plus, plus préférablement de 20% en mole ou plus, plus préférablement de 30% en mole ou plus, plus préférablement de 40% en mole ou plus, plus préférablement de 50% en mole ou plus, plus préférablement de 70% en mole ou plus, plus préférablement de 90% en mole ou plus, plus préférablement de 95% en mole ou plus, ou la totalité (100% en mole).
Selon la présente invention, ledit dîénophile est au moins un dîénophile choisi parmi les alcools en C2-C10, de préférence les alcools monohydriques en C2-O10, plus préférablement les alcools en C2-C4 ou les alcools monohydriques en C2-C4, plus préférablement l’éthanol, le n-propanol, l’isopropanol et le sec-butanol, plus préférablement l’éthanol.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, dans ladite étape de mise en contact, le rapport de la mole dudit diène à la mole totale dudit dîénophile et de ladite oléfine est de 0,1 à 10, de préférence de 0,5 à 2. En particulier, dans le cas où ladite oléine est entièrement remplacée par ledit dîénophile, le rapport molaire dudit diène audit dîénophile est par conséquent de 0,1 à 10, de préférence de 0,5 à 2.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la température réactionnelle dans ladite étape de mise eh contact est généralement de 80 à 400°C, de préférence de 160 à 350°C.
Selon la présente invention, un dîénophile est utilisé pour remplacer au moins une partie de ladite oléfine, ce qui comparativement à l’état de la technique, permet de réduire la pression réactionnelle nécessaire dans l’étape de mise en contact. Plus spécifiquement, au fur et à mesure que le rapport R croît, la pression élevée prévue dans la technique est utilisée sans nécessité, et ladite pression réactionnelle peut par conséquent être réduite. Selon cet aspect, il n’y a pas de limitation particulière sur l’importance de la réduction de la pression réactionnelle au fur et à mesure que le rapport R croît, et cela suffit si la réduction de la pression est sensible pour l’homme du métier. Par exemple, quand le rapport R croît tous les 5% en mole, ladite pression réactionnelle (comparativement à l’état de la technique) est généralement réduite de 5% ou plus, de préférence de 10% ou plus. Par exemple, en cas d’utilisation de 100% d’éthanol à titre de diénophile, la pression réactionnelle est de 3,4 MPa, tandis qu’en cas d’utilisation de 100% d’éthylène à titre de matériau de départ, la pression est de 7,5 MPa, et par conséquent, par rapport à fa réaction à 3,4 MPa avec utilisation de 100% d’éthanol, la pression est réduite de 120% ; et pour un système réactionnel à 50% d'éthylène + 50% d’éthanol, la pression est réduite de 60%. Plus particulièrement, ta pression réactionnelle dans ladite étape de mise en contact est généralement de 0,5 à 10 MPa, de préférence de 3,0 à 6,5 MPa. Dans un cas préféré entre tous, ladite étape de contact est mise en oeuvre sous une pression autogène du système réactionnel.
Selon la présente invention, un diénophile est utilisé pour remplacer au moins une partie de ladite oléfine, ce qui comparativement à l’état de la technique, permet d’accroître l’activité réactionnelle initiale dudit diène. C’est-à-dire qu’un taux de conversion plus élevé de diène peut être obtenu en un temps de réaction plus court, et par conséquent réduit le temps de réaction nécessaire à la production de l’hydrocarbure aromatique. Plus spécifiquement, au fur et à mesure que le rapport R croît, le temps de réaction long prévu dans la technique est utilisé sans nécessité, et ledit temps de réaction peut être réduit en conséquence. Selon cet aspect, il n’y a pas de limitation particulière sur l’importance de la réduction du temps dé réaction au fur et à mesure que le rapport R croît, et cela suffit si la réduction du temps est sensible pour l’homme du métier. Par exemple, quand ledit rapport R croît tous les 5% en mole, ledit temps de réaction (comparativement à l’état de la technique) est généralement réduit de 5% ou plus, de préférence de 10% ou plus. Dans l’Exemple 1, après une heure de réaction, le taux de conversion peut être de 60%, tandis que dans l'Exemple comparatif 1, dans lequel seul l’éthylène est utilisé à titre de diénophile, le taux de conversion peut être de 18%, et la réaction se poursuit pendant 24 heures, et le taux dé conversion de l’Exemple comparatif 1 n’est que de 54%, soit une conversion inférieure à 60%. Par contre, l’ajout d’un alcool peut réduire le temps de réaction. Plus particulièrement, le temps de réaction de ladite étape de mise en contact est généralement de 1 à 24 heures, de préférence de 1 à 6 heures.
Selon la présente invention, ladite étape de mise en contact peut être mise en oeuvre en mode continu ou en mode discontinu. Il n’y a pas de limite particulière. En mode continu, la vitesse spatiale en poids dudit matériau réactionnel est généralement de 0,1 à 10 hr~1, de préférence de 0,5 à 4 hr~1. En mode discontinu, la quantité de catalyseur utilisée est généralement de 0,1 à 300% en poids, de préférence de 1 à 30% en poids de la quantité de matériau réactionnel utilisée (qui se réfère à la quantité totale en poids de diène, diénophile et oléfine).
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit diène (en particulier, le 2,5-diméthylfurane) peut être dérivé d’une matière de biomasse. A titre de ladite matière de biomasse, par exemple, on peut citer celles couramment utilisées dans la technique pour la production d’un hydrocarbure aromatique. Plus spécifiquement, le xylitol, le glucose, le cellobiose, la cellulose, l’hémicelluiose, la lignine et autres peuvent être mentionnés. Ces matières de biomasse peuvent être utilisées seules, ou une combinaison de deux ou plus peut être utilisée.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit diénophile (en particulier, l’éthanol ou l’isopropanol) peut être dérivé d’une matière de biomasse. A titre de ladite matière de biomasse, par exemple, on peut citer celles couramment utilisées dans la technique pour la production d’un hydrocarbure aromatique. Plus spécifiquement, le xylitol, le glucose, le cellobiose, la cellulose, Phémicellulose, la lignine et autres peuvent être mentionnés. Ces matières de biomasse peuvent être utilisées seules, ou une combinaison de deux ou plus peut être utilisée.
Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, à titre de ladite matière de biomasse, par exemple, on peut également citer les boues de papier, les déchets de papier, la bagasse de canne à sucre, le glucose, le bois, les épis de maïs, les tiges de maïs et la paille de riz et autres. Ces matières de biomasse peuvent être utilisées seules, ou une combinaison de deux ou plus peut être utilisée. Ici, sur la base du pourcentage en poids, ladite matière de biomasse a une teneur en cellulose généralement de 30 à 99%, une teneur en hémicellulose généralement de 0 à 50%, et une teneur en lignine de généralement 1 à 40%.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, il n’y a pas de limitation particulière au procédé permettant de dériver ledit diène ou ledit diénophiie de ladite matière de biomasse, et divers procédés couramment connus dans la technique peuvent être adoptés. Par exemple, le 2.5- diméthyifurane peut être dérivé d’une biomasse telle que le glucose, le fructose, la cellulose et le 5-hydroxymêthylfürfürâl par catalyse acide et hydrogénation (Thananatthanachon T, Rauehfuss T B. Efficient Production of the Liquid Fuel 2,5~-Dimethylfuran from Fructose Using Formic Acid as a ReagentiJ], Angewandte Chemie, 2010, 122 (37): 6766-6768. ; Huang Ÿ B, Chen M Y, Yan L, et al. Nickel-Tungsten Carbide Catalysts for the Production of 2.5- Dimethylfuran from Biomass-Derived Molecules[J], ChemSusChem, 2014, 7 (4); 1068-1072.). En variante, l’éthanol peut être dérivé de biomasses telles que l’algue, le maïs et la ligriocellulose par hydrolyse et fermentation, et ont été utilisées dans l’industrie (A reyîew on third génération bioethanol feedstock, Siti Azmah Jambo, Rahmath Abdulla, Siti Hajar Mohd Azhar, Hartinie Marbawi, Jualang Azlan Gansau, Pogaku Ravindra, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 65, November 2016, Pages 756-769 ; Prospects of bioethanol fuels E30 and E85 application in Russia and technical requirements for their qualitÿ, M. A, Ershov, E.V. Grigoreva, I.F. Habibullin, V.Ë. Emelyanov, D.M. Strekalina, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 66, December 2016, Pages 228-232). Par conséquent, le procédé de production d’un hydrocarbure aromatique selon la présente invention peut en outre comprendre une étape de conversion catalytique de la matière de biomasse et d’hydrogénation catalytique ultérieure facultative pour produire ledit diène et/ou ledit diénophile.
Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, ledit catalyseur peut être un tamis moléculaire. A titre dudit tamis moléculaire, on peut par exemple citer un tamis moléculaire de type ZSM, un tamis moléculaire de type Y, un tamis moléculaire de type bêta et un tamis moléculaire de type MCM ; en particulier, ZSM-5, un tamis moléculaire de type Y, un tamis moléculaire de type bêta et MCM-41 ; plus particulièrement, on peut par exemple mentionner ZSM-5. Ces tamis moléculaires peuvent être utilisés seuls, ou une combinaison de deux ou plus peut être utilisée. Ces tamis moléculaires peuvent être un produit commercial ou peuvent être préparés selon l’état de la technique.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, à titre dudit tamis moléculaire de type ZSM, on peut citer ZSM-5, ZSM-11, ZSM-22, ZSM-23 et ZSM-38, en particulier ZSM-5 (ou HZSM-5). Ici, ledit tamis moléculaire de type ZSM a un rapport molaire SiCVAhOs de généralement 10 à 500, de préférence de 15 à 200. Différents types de tamis moléculaires de type ZSM (ayant un rapport molaire S1O2/AI2O3 différent) peuvent être utilisés seuls, ou une combinaison de deux ou plus peut être utilisée.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, à titre dudit tamis moléculaire de type Y, on peut citer ceux ayant un rapport molaire S1O2/AI2O3 de généralement 2 à 80, de préférence de 3 à 50. Différents types de tamis moléculaires de type Y (ayant un rapport molaire Si02/AI2C>3 différent) peuvent être utilisés seuls, ou une combinaison de deux ou plus peut être utilisée.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, à titre dudit tamis moléculaire de type bêta, on peut citer ceux ayant un rapport molaire S1O2/AI2O3 de généralement 10 à 150, de préférence de 15 à 65. Différents types de tamis moléculaires de type Y (ayant un rapport molaire SiGk/AfeOs différent) peuvent être utilisés seuls, ou une combinaison de deux ou plus peut être utilisée.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, à titre dudit tamis moléculaire de type MCM, on peut citer MCM-22 et MCM-41. Ici, ledit tamis moléculaire de type MCM a un rapport molaire S1O2/AI2O3 de généralement 20 à 250, de préférence de 40 à 150. Différents types de tamis moléculaires de type MCM (ayant un rapport molaire Si02/AI203 différent) peuvent être utilisés seuls, ou une combinaison de deux ou plus peut être utilisée.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit tamis moléculaire est utilisé sous la forme d’un tamis moléculaire composite, la composition dudit tamis moléculaire contenant : a1) de 20 à 80 parties en poids dudit tamis moléculaire, b1) de 20 à 80 parties en poids de liant, et c1) de 0 à 10 parties en poids d’adjuvant. En particulier, la composition dudit tamis moléculaire contient : a1 ) de 50 à 80 parties en poids dudit tamis moléculaire, b1 ) de 20 à 50 parties en poids de liant, et c1) de 0,01 à 10 parties en poids (ou de 0,01 à 5 parties en poids) d’adjuvant.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ces compositions de tamis moléculaires peuvent être préparées en utilisant directement des produits commerciaux ou selon des procédés connus dans la technique. Plus spécifiquement, un procédé de production de composition de tamis moléculaire comprend, par exemple, un procédé de malaxage d’un tamis moléculaire, d’un liant, et d’un agent de co-extrusion, d’un agent d’expansion de pores et d’eau, comme nécessaire, pour obtenir un mélange, le façonnage par extrusion du mélange, son séchage à 100-200°C pendant 24 heures, puis calcination à 400-700°C pendant 1 à 10 heures. Des exemples d’agents de co-extrusion comprennent ceux généralement utilisés dans le domaine tels que la poudre de Sesbania, le polyéthylène glycol ou la carboxyméthylcellulose sodique, et des exemples d’agents d’expansion de pores comprennent l'acide citrique, l’acide oxalique ou l’acide éthyiènediamine tétraacétique et autres qui sont généralement utilisés dans la technique. Généralement, l’acide de co-extrusion et l’agent d’expansion de pores sont ajoutés en une quantité totale n’excédant pas 10% en poids du poids total du mélange. Si nécessaire, l’acide peut être ajouté lors du façonnage par extrusion. Des exemples d’acide comprennent un acide inorganique, un acide acétique ou une solution aqueuse de ceux-ci, et autres, en particulier, une solution aqueuse d'acide nitrique, d’acide sulfurique ou d’acide phosphorique. Généralement, une solution aqueuse d’un acide est ajoutée en une quantité de 50 à 90% en poids du poids total dudit mélange.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit adjuvant peut être introduit pendant ou après la préparation de ladite composition de tamis moléculaire, ou peut également être introduit dans ledit tamis moléculaire, puis le tamis moléculaire obtenu est utilisé pour produire ledit tamis moléculaire ; il n'y a pas de limite particulière. A titre de procédé d’introduction dudit adjuvant, on peut citer, par exemple, ceux généralement utilisés dans la technique, en particulier, un procédé d’échange d’ions ou un procédé d’imprégnation. Dans ces procédés, l’adjuvant est généralement utilisé sous la forme d’un précurseur. A titre de précurseur d’adjuvant métallique, on peut citer, par exemple, le nitrate, le sulfate, l’acétate ou le chlorure du métal. Des exemples de précurseur d’adjuvant de type bore comprennent l’acide borique et le borax. Des exemples de précurseurs d’adjuvant de type phosphore comprennent l’hydrogénophosphate de diammonium et autres.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, des exemples de liant comprennent ceux généralement utilisés dans la production de compositions de tamis moléculaires dans la technique, et plus spécifiquement, un sol de silice, une pseudo-boehmite, l’alumine, une argile traitée à l’acide, le kaolin, la montmorillonite et la bentonite, en particulier l’alumine (notamment la γ-alumine), la pseudo-boehmite, le sol de silice et autres. Ces liants peuvent être utilisés seuls, ou une combinaison de deux ou plus peut être utilisée.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, à titre dudit adjuvant, on peut citer les suivants : Na, Ca, K, Be, Mg, Ba, V, Nb, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ru, Pd, Pt, Ag, B, Al, Sn, P, Sb, La et Ce, en particulier Ga, K, Mg, Cr, Mo, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Ru, Pd, Pt, Ag, B, Sn, P, La et Ce et autres. Ces adjuvants peuvent être utilisés seuls, ou une combinaison de deux ou plus peut être utilisée.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, à titre de tamis moléculaire, on peut citer en particulier le M/ZSM-5, où M est choisi parmi Zn, Ga, Sn, ou des combinaisons de ceux-ci. Le tamis moléculaire ou Une composition de tamis moléculaire le contenant se prête particulièrement bien à une utilisation à titre de catalyseur. Les tamis moléculaires peuvent être produits directement à l’aide de produits commerciaux ou par des procédés connus dans la technique.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l’étape de mise en contact peut être mise en oeuvre dans un ou plusieurs réacteurs. Des exemples du réacteur comprennent un réacteur à lit, en particulier un réacteur à lit fixe, un réacteur à lit fluidisé, un réacteur lit en ébullition, ou une combinaison de ceux-ci. Dans ce cas, lé mode de fonctionnement du réacteur peut être soit discontinu, soit continu, et n’est pas particulièrement limité.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, l’étape de mise en contact peut être mise en œuvre dans une atmosphère inerte ou une atmosphère réductrice. Une atmosphère inerte peut comprendre, par exemple, du N2, C02l He, Ar, ou une Combinaison de ceux-ci. Une atmosphère réductrice peut comprendre, par exemple, du CO, H2 ou une combinaison de ceux-ci. De plus, l’étape de mise en contact peut être mise en œuvre dans une atmosphère mixte constituée d’une atmosphère inerte et d’une atmosphère réductrice.
Selon Un mode de réalisation de la présente invention, par rapport au poids total du produit d’hydrocarbure aromatique, en pourcentage en poids, la teneur en hydrocarbures aromatiques de type BTX (benzène, toluène et xylène) dans le produit d’hydrocarbure aromatique est généralement de 20 a 90% en poids, le reste étant des produits non aromatiques et des fractions aromatiques lourdes.
Après que l’hydrocarbure aromatique (à savoir, le produit d’hydrocarbure aromatique enrichi en xylène) est produit par le procédé de production d’hydrocarbures aromatiques selon la présente invention telle que décrite Ci-desSus, le p-xylène peut être séparé du produit d’hydrocarbure aromatique par un procédé de séparation. Au vU de Ce qui précède, la présente invention concerne également un procédé de production de p-xylène qui comprend une étape de production d’un hydrocarbure aromatique selon le procédé de production d’un hydrocarbure aromatique selon la présente invention ; et une étape de séparation du p-xylène de l'hydrocarbure aromatique.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le procédé de séparation du p-xylène de l'hydrocarbure aromatique n’est pas particulièrement limité, et ceux généralement connus dans la technique peuvent être directement appliqués. Comme la teneur en xylène de l’hydrocarbure aromatique obtenu par la présente invention est relativement enrichie comparativement aux hydrocarbures aromatiques obtenus par le procédé selon l’état de la technique, le procédé de séparation est caractérisé par une réduction des coûts de fonctionnement et une réduction de la Complexité opérationnelle. Généralement, après séparation de l’hydrocarbure aromatique, un produit de p-xylène ayant une pureté de 70 à 99,9% peut être obtenu.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, de l’acide téréphtalique peut être produit à partir du p-xylène obtenu selon la présente invention à titre de matière première. Au vu de ce qui précède, la présente invention Concerne également un procédé de production d’acide téréphtalique qui comprend l’étape de production de p-xylène par le procédé de production de p-xylène selon la présente invention; et l’étape de conversion du p-xylène en acide téréphtalique.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le procédé de conversion du p-xylène en acide téréphtalique n’est pas particulièrement limité et ceux généralement utilisés dans la technique peuvent être directement utilisés.
Exemples
La présente invention sera en outre présentée en détails à i’aide de plusieurs exemples, mais la présente invention n’est pas limitée par ces exemples.
Dans le cadre dé la présente description, la sélectivité est calculée d’après la formule suivante.
Accroissement de l’activité réactionnelle initiale (AG*=/%) = taux de conversion de la réaction des Exemples au bout d’une heure, quand l’alcool est ajouté à titre de diénophile - taux de conversion de l’Exemple comparatif 1 au bout d’une heure, quand l’éthylène est utilisé à titre de diénophile
Taux de conversion du 2,5-diméthylfurârte (C%) = mole de 2.5- diméthylfurane résiduaire après la réaction/mole totale de 2.5- d iméthylfurane ajouté x 100%,
Accroissement du taux de conversion de la réaction (AC%) = taux de conversion du 2,5-diméthylfurane à la fin de la réaction ~ taux de conversion de la réaction quand l’éthylène est utilisé à titre de diénophile Sélectivité envers le p-xylène (Selx%) = teneur en p-xylène dans le produit/quantité totale de produit H 100%
Accroissement de la sélectivité envers le p-xylène (Δ8βΙχ%) = sélectivité des Exemples au bout d’une heure, quand l’alcool est ajouté à titre de diénophile - sélectivité de l’Exemple comparatif 1 au bout d’une heure, quand l’éthylène est utilisé à titre de diénophile
Rapport R du diénophile = mole d’alcool ajouté/(mole d’alcool ajouté + mole d’éthylène)* 100%
Exemple 1 35 g de fructose ont été dissous dans l’eau pour former une solution aqueuse de fructose (à 35%), à laquelle on a ajouté 2% en poids de NaCI et 5 mL d’une solution de HCl (0,25 mol/L). Le mélange a été mélangé à homogénéité. 100 mL de butanol ont été ajoutés à titre de phase d’extraction pour extraire le produit. On a laissé le mélange réagir pendant 10 minutes à 180°C, et le rapport des phases organique et aqueuse a été maintenu constant pendant la réaction. A l’issue de la réaction, le produit obtenu était un 5-hydroxyrnéthyl-furfural. De plus, le composé a été soumis à une hydrogénation à 220°C, 6 atmosphères d’hydrogène et WHSV de 1,0 h-1 en présence d’un catalyseur RuCu/C. Après la réaction, le mélange obtenu a été séparé pour obtenir un 2,5-diméthylfurane. 1 g de catalyseur ZSM-5 a été séché et déshydraté à 120°C pendant 12 heures. Le catalyseur avait la composition suivante : 50 parties de tamis moléculaire 2SM-5 (rapport S1O2/AI2O3 = 50), 50 parties d’alumine à titre de liant. Le substrat réactionnel était constitué de 20 ml de 2,5-diméthylfurane et 20 ml d’éthanol. Avant la réaction, le réacteur a été purgé 5 fois avec N2. Après quoi, la réaction a été mise en oeuvre à 400°C pendant 6 heures. La pression réactionnelle était une pression autogène. Après la réaction, le résultat a été analysé qualitativement par spectrométrie de masse et quantitativement par chromatographie. L’activité réactionnelle initiale a augmenté de 36%, létaux de conversion du 2,5-diméthylfurane dans le substrat réactionnel était de 96%, soit un accroissement du taux de conversion de la réaction de 42%, la sélectivité envers le p-xylène était de 85%, soit un accroissement de la sélectivité envers le p-xyîène de 37%. La composition du produit réactionnel est indiquée dans le Tableau 1.
Tableau 1
Exemple 2 1 g de catalyseur MCM-41 a été séché et déshydraté à 120°C pendant 12 heures. Le catalyseur avait la composition suivante : 50 parties de tamis moléculaire MCM-41 (rapport Si02/Al203 - 100), 50 parties d’alumine à titre de liant. Le substrat réactionnel était constitué de 20 ml de 2,5-diméthyifurane + 200 ml d’éthanol. Avant la réaction, le réacteur a été purgé 5 fois avec H2. La pression de gaz a été maintenue à 0,1 MPa. Après quoi, la réaction a été mise en œuvre à 250°C pendant 6 heures. La pression réactionnelle était une pression autogène. Après la réaction, le résultat a été analysé qualitativement par spectrométrie de masse et quantitativement par chromatographie. L’activité réactionnelle initiale a augmenté de 23%, le taux de Conversion du
2,5-dirnéthylfurane dans le substrat réactionnel était de 83%, soit un accroissement du taux de conversion de la réaction de 29%, la sélectivité envers le p-xylène était de 78%, soit un accroissement de la sélectivité envers le p-xylène de 30%. La composition du produit réactionnel est indiquée dans le Tableau 2.
Tableau 2
Exemple 3 50 g de fructose ont été ajoutés à 60 mi d’acide formique. Apres mélange, le mélange réactionnel a été agité à 150°C pendant 2 heures. Le mélange brun obtenu a été refroidi à température ambiante. Après quoi, le mélange a été dilué avec 150 ml de tétrahydrofurane. 5 ml d’acide sulfurique et 4 g de catalyseur Pd/C ont été ajoutés en continu. Le mélange obtenu a été agité en continu à ΤΟ'Ό pendant 10 heures. Après quoi, le mélange a été filtré, dilué avec 200 ml d’eau, extrait 3 fois avec 170 ml d’éthèr éthylique. Les extraits obtenus ont été combinés êt soumis à évaporation rotative pour obtenir un 2,5-diméthyifurane. 1 g de catalyseur Y a été séché et déshydraté à 120°C pendant 12 heures, La composition du catalyseur était la suivante : 60 parties de tamis moléculaire Y (rapport S1O2/AI2O3 = 6), 40 parties d’alumine à titre de liant. Le substrat réactionnel était constitué de 30 ml de 2,5-diméthylfurane + 100 ml d’un mélange éthanol et sec-butanol, à un rapport de mélange de l’éthanol au sec-butanol de 9:1. Avant la réaction, le réacteur a été purgé 5 fois avec N2. Après quoi, la réaction a été mise en oeuvre à 340°C pendant 6 heures. La pression réactionnelle était une pression autogène. Après la réaction, le résultat a été analysé qualitativement par spectrométrie de masse et quantitativement
par chromatographie. L’activité réactionnelle initiale a augmenté de 37%, le taux de conversion du 2,5-diméthylfurane dans le substrat réactionnel était de 96%, soit un accroissement du taux de conversion de la réaction de 42%, la sélectivité envers le p-xylène était de 86%, soit un accroissement de la sélectivité envers le p-xylène de 38%, La composition du produit réactionnel est indiquée dans le Tableau 3.
Tableau 3
Exemple 4 1 g de catalyseur Y â été séché et déshydraté à 120°C pendant 12 heures. La composition du catalyseur était la suivante : 65 parties de tamis moléculaire Y (rapport SiCyAbOa = 70), 35 parties d'alumine à titre de liant. Le substrat réactionnel était constitué de 150 ml de 2,5-diméthylfurane + 750 ml d’éthanol. Avant la réaction, le réacteur a été purgé 5 fois avec N2. Après quoi, la réaction a été mise en œuvre à 180°C pendant 8 heures. La pression réactionnelle était une pression autogène. Après la réaction, le résultat a été analysé qualitativement par spectrométrie de masse et quantitativement par chromatographie. L’activité réactionnelle initiale a augmenté de 40%, le taux de conversion du 2,5-diméthylfurane dans le substrat réactionnel était de 99%, soit un accroissement du taux de conversion de la réaction de 45%, la sélectivité envers le p-xylène était de 87%, soit un accroissement de la sélectivité envers le p-xylène de 39%. La composition du produit réactionnel est indiquée dans le Tableau 4.
Tableau 4
Exemple 5 20 g de catalyseur ZSM-5 ont été séchés et déshydratés â 120°C pendant 12 heures. La composition du catalyseur était la suivante : 10 parties de tamis moléculaire ZSM-5 (rapport S1O2/AI2O3 = 300), 90 parties d’alumine à titre de liant. Le substrat réactionnel était constitué de 40 ml de 2-méthyifurane + 40 ml d’isopropanol. Avant la réaction, le réacteur a été purgé 5 fois avec N2. Après quoi, la réaction a été mise en œuvre à 350°C pendant 6 heures. La pression réactionnelle était une pression autogène. Après la réaction, le résultat a été analysé qualitativement par spectrométrie de masse et quantitativement par Chromatographie. L’activité réactionnelle initiale a augmenté de 34%, le taux de conversion du 2,5-diméthylfurane dans le substrat réactionnel était de 93%. soit un accroissement du taux de conversion de la réaction de 39%, la sélectivité envers le p-xylène était de 78%, soit un accroissement de la sélectivité envers le p-xylène de 30%, La composition du produit réactionnel est indiquée dans le Tableau 5.
Tableau 5
Exemple 6 1 g de catalyseur MCM-22 a été séché et déshydraté à 120°C pendant 12 heures. La composition du catalyseur était la suivante : 40 parties de tamis moléculaire MCM-22 (rapport SÎÔ2/AI2O3 - 150), 60 parties d’alumine à titre de liant. Le substrat réactionnel était constitué de 20 ml de 2-méthylfurane + 20 ml d’isopropanol. Avant la réaction, le réacteur a été purgé 5 fois avec C02. La pression de gaz a été maintenue à 5 MPa. Après quoi, la réaction a été mise en œuvre à 10Q°C pendant 26 heures. La pression réactionnelle était une pression autogène. Après la réaction, le résultat a été analysé qualitativement par spectrométrie de masse et quantitativement par chromatographie. L’activité réactionnelle initiale a augmenté de 36%, le taux de conversion du 2,5-diméihylfurane dans le substrat réactionnel était de 95%, soit un accroissement du taux de conversion de la réaction de 41 %, la sélectivité envers le p-xylène était de 83%, soit un accroissement de la sélectivité envers le p-xylène de 35'%. La composition du produit réactionnel est indiquée dans le Tableau 6.
Tableau 6
Exemple 7 1 g de catalyseur Y a été séché et déshydraté à 120°C pendant 12 heures. La composition du catalyseur était la suivante : 50 parties dé tamis moléculaire Y (rapport S1O2/ÀI2O3 = 25), 50 parties d’alumine à titre de liant. Le substrat réactionnel était constitué de 40 ml de 2-méthylfurane + 4 ml d’isopropanol. Avant la réaction, le réacteur a été purgé 5 fois avec N2. Après quoi, la réaction a été mise en œuvre à 280°C pendant 6 heures. La pression
réactionnelle était une pression autogène. Après la réaction, le résultat a été analysé qualitativement par spectrométrie de masse et quantitativement par chromatographie. L’activité réactionnelle initiale a augmenté de 32%, le taux de conversion du 2,5-diméthylfurane dans le substrat réactionnel était de 91%, soit un accroissement du taux de conversion de la réaction de 37%, la sélectivité envers le p-xylène était de 82%, soit un accroissement de la sélectivité envers le p-xylène de 34%, La composition du produit réactionnel est indiquée dans le Tableau 7.
Tableau 7
Exemple 8 1 g de catalyseur ZSM-5 a été séché et déshydraté à 120°C pendant 12 heures. La composition du catalyseur était la suivante : 55 parties de tamis moléculaire ZSM-5 (rapport Si02/Al203 = 150), 45 parties d’alumine à titre de liant. Le substrat réactionnel était Constitué de 40 ml de 2-méthylfurane + 40 ml d’isopropanol. Avant la réaction, le réacteur a été purgé 5 fois avec N2. Un mélange de gaz hydrogène et azote (1:1 ) a été utilisé. La pression de gaz a été maintenue à 1 MPa, Après quoi, la réaction a été mise en oeuvre à 250°C pendant 8 heures. La pression réactionnelle était une pression autogène. Après la réaction, le résultat a été analysé qualitativement par spectrométrie de masse et quantitativement par chromatographie. L’activité réactionnelle initiale a augmenté de 21%, létaux de conversion du 2,5-diméthylfurane dans le substrat réactionnel était de 83%, soit un accroissement du taux de conversion de la réaction de 29%, la sélectivité envers le p-xylène était de 78%, soit un
accroissement de la sélectivité envers le p-xylène de 30%. La composition du produit réactionnel est indiquée dans le Tableau 8.
Tableau 8
Exemple 9 2 g de catalyseur (ZSM-5) ont été séchés et déshydratés à 120°C pendant 12 heures. La composition du catalyseur était la suivante : 60 parties de tamis moléculaire ZSM-5 (rapport S1O2/AI2O3 = 500), 40 parties d’alumine à titre de liant. Le substrat réactionnel était constitué de 40 mi de furane + 100 ml d’un mélange éthanol + sec-butanol, à un rapport de mélange éthanol à sec-butanol de 1:1. Avant la réaction, le réacteur a été purgé 5 fois avec N2. Après quoi, la réaction a été mise en œuvre à 400°C pendant 6 heures. La pression réactionnelle était une pression autogène. Après la réaction, le résultat a été analysé qualitativement par spectrométrie de masse et quantitativement par chromatographie. L’activité réactionnelle initiale a augmenté de 20%, le taux de conversion du 2,5-diméthylfurane dans le substrat réactionnel était de 81 %, soit un accroissement du taux de conversion de la réaction de 27%, la sélectivité envers le p-xylène était de 83%, soit un accroissement de la sélectivité envers le p-xylène de 35%. La composition du produit réactionnel est indiquée dans le Tableau 9.
Tableau 9
Exemple 10 36 g de fructose ont été ajoutés à 50 ml d’acide formique. Après mélange, le mélange obtenu a été agité â 150°C pendant 2 heures. Le mélange brun obtenu a été refroidi à température ambiante. Après quoi, le mélange a été dilué avec 100 mi de tétrahydrofurane. 4 ml d’acide sulfurique et 4 g de catalyseur Pd/G ont été ajoutés en continu. Le mélange obtenu a été agité en continu à 70°C pendant 10 heures. Puis le mélange a été filtré, dilué avec 150 ml d’eau, extrait 3 fois avec 150 ml d’éther éthylique. Les extraits obtenus Ont été combinés et soumis à évaporation rotative pour obtenir un 2,5-diméthylfurane. 2 g de catalyseur bêta ont été séchés et déshydratés à 120°C pendant 12 heures. La composition du catalyseur était la suivante : 50 parties de tamis moléculaire bêta (rapport S1O2/AI2O3 = 30), 50 parties d'alumine à titre de liant. Le substrat réactionnel était constitué de 40 ml de 2,5-diméthylfurane + 40 ml d’éthanol. Avant la réaction, le réacteur a été purgé 5 fois avec N2. Après quoi, la réaction a été mise en oeuvre à 300°C pendant 5 heures. La pression réactionnelle était une pression autogène. Après la réaction, le résultat a été analysé qualitativement par spectrométrie de masse et quantitativement par chromatographie. L’activité réactionnelle initiale a augmenté de 33%, le taux de conversion du 2,5-diméthylfurane dans le substrat réactionnel était de 92%, soit un accroissement du taux de conversion dé la réaction de 38%, la sélectivité envers le p-xylène était de 78%, soit un accroissement de la sélectivité envers le p-xylène de 30%. La composition du produit réactionnel est indiquée dans le Tableau 10.
Tableau 10
Exemple 11 1 g de catalyseur bêta a été séché et déshydraté à 120*0 pendant 12 heures, La composition du catalyseur était la suivante : 40 parties de tamis moléculaire bêta (rapport Si02/Ai203 = 100), 60 parties d’alumine à titre de liant. Le substrat réactionnel était constitué de 20 ml de 2,5-diméthylfurane + 20 ml d’éthanol. Avant la réaction, le réacteur a été purgé 5 fois avec N2. Après quoi, la réaction a été mise en œuvre à 250°C pendant 6 heures. La pression réactionnelle était une pression autogène. Après la réaction, le résultat a été analysé qualitativement par spectrométrie de masse et quantitativement par chromatographie. L’activité réactionnelle initiale a augmenté de 27%, le taux de conversion du 2,5-diméthyîfurane dans le substrat réactionnel était de 87%, soit un accroissement du taux de conversion de la réaction de 33%, la sélectivité envers le p-xylène était de 81%, soit un accroissement de la sélectivité envers le p-xylène de 33%. La composition du produit réactionnel est indiquée dans le Tableau 11.
Tableau 11
Exemple 12 2 g de catalyseur MCM-41 ont été séchés et déshydratés à 120°C pendant 12 heures. La composition du catalyseur était la suivante : 50 parties de tamis moléculaire MCM-41 (rapport S1O2/AI2O3 = 50), 50 parties d’alumine à titre de liant. Le substrat réactionnel était constitué de 30 ml de 2,5-diméthylfurane + 15 ml d’éthanol. Avant la réaction, le réacteur a été purgé 5 fois avec N2, Après quoi, la réaction a été mise en oeuvre à 300°C pendant 6 heures. La pression réactionnelle était une pression autogène. Après la réaction, le résultat a été analysé qualitativement par spectrométrie de masse et quantitativement par chromatographie. L’activité réactionnelle initiale a augmenté de 30%, le taux de conversion du 2,5-diméthylfurane dans le substrat réactionnel était de 89 %, soit un accroissement du taux de conversion de la réaction de 35%, la sélectivité envers lé p-xylène était de 82%, soit un accroissement de la sélectivité envers le p-xylêne de 34%. La composition du produit réactionnel est indiquée dans le Tableau 12.
Tableau 12
Exemple 13 1,5 g de catalyseur MOM-22 a été séché et déshydraté à 120°C pendant 12 heures. La composition du catalyseur était la suivante : 50 parties de tamis moléculaire MCM-22 (rapport S1O2/AI2O3 = 70), 50 parties d’alumine â titre de liant. Le substrat réactionnel était constitué de 80 ml de 2,5-diméthylfurane + 20 ml d’éthanol. Avant la réaction, le réacteur a été purgé 5 fois avec N2. Après quoi, la réaction a été mise en oeuvre à 330°C pendant 3 heures. La pression réactionnelle était une pression autogène. Après la réaction, le résultat a été
analysé qualitativement par spectrométrie de masse et quantitativement par chromatographie. L’activité réactionnelle initiale a augmenté de 23%, le taux de conversion du 2,5-diméthylfurane dans le substrat réactionnel était de 83%, soit un accroissement du taux de conversion de la réaction de 29%, la sélectivité envers le p-xylène était de 85%, soit un accroissement de la sélectivité envers le p-xyiène de 37%. La composition du produit réactionnel est indiquée dans le Tableau 13.
Tableau 13
Example 14 50 g de fructose ont été ajoutés à 60 ml d’acide formique. Après mélange, le mélange obtenu a été agité à 150°C pendant 2 heures. Le mélange brun obtenu a été refroidi à température ambiante. Après quoi, le mélange a été dilué avec 150 ml de tétrahydrofurane. 5 ml d’acide sulfurique et 4 g de catalyseur Pd/C ont été ajoutés en continu. Le mélange obtenu a été agité en continu à 70°C pendant 10 heures. Puis le mélange a été filtré, dilué avec 200 ml d’eau, extrait 3 fois avec 170 ml d’éther éthylique. Les extraits obtenus ont été combinés et soumis à évaporation rotative pour obtenir un 2,5-diméthylfurane. 1 g de catalyseur Y a été séché et déshydraté à 120°C pendant 12 heures. La composition du catalyseur était la suivante : 60 parties de tamis moléculaire Y (rapport S1O2/AI2O3 = 6), 40 parties d’alumine à titre de liant. Le substrat réactionnel était constitué de 30 ml de 2,5-diméthylfurane + un mélange d’éthanol et d’éthylène, le mélange était équimolaire au diméthylfurane ajouté, dans un rapport de mélange éthanol à éthylène de 9:1. Avant la réaction, le réacteur a été purgé 5 fois avec ISfe. Après quoi, l’éthanol et l’éthylène ont été
ajoutés respectivement. La réaction a été mise en oeuvre à 200°C pendant 6 heures. Après la réaction, le résultat a été analysé qualitativement par spectrométrie de masse et quantitativement par chromatographie. L’activité réactionnelle initiale a augmenté de 31 %, le taux de conversion du 2,5-diméthylfurane dans le substrat réactionnel était de 90%, soit un accroissement du taux de conversion de la réaction de 36%, la sélectivité envers le ρ-xylène était de 81%, soit un accroissement de la sélectivité envers le p-xylène de 33%. La composition du produit réactionnel est indiquée dans le Tableau 14. Dans cet exemple, la pression réactionnelle Gouge) était de 3,8 MPa. La pression réactionnelle dans l’exemple dans lequel l’éthanol a été utilisé était de 3,4 MPa, et après ajout de 10% en mole d’éthylène, la pression a augmenté de 12%.
Tableau 14
Exemple 15 1 g de catalyseur Y a été séché et déshydraté à 120°C pendant 12 heures. La composition du catalyseur était la suivante : 60 parties de tamis moléculaire Y (rapport Si02/Al203 = 6), 40 parties d’alumine a titre de liant. Le substrat réactionnel était constitué de 30 ml de 2,5-diméthylfurane + un mélange d’éthanol et d’éthylène, le mélange était équimolaire au diméthylfürane ajouté, dans un rapport de mélange éthanol à éthylène de 5:5. Avant la réaction, le réacteur a été purgé 5 fois avec N2. Après quoi, l’éthanol et l’éthylène ont été ajoutés respectivement. La réaction a été mise en oeuvre à 200°C pendant 6 heures. Après la réaction, le résultat a été analysé qualitativement par spectrométrie de masse et quantitativement par chromatographie. L’activité
réactionnelle initiale a augmenté de 21 %, le taux de conversion du 2.5- diméthylfurane dans le substrat réactionnel était de 81%, soit un accroissement du taux de conversion de la réaction de 27%, la sélectivité envers lé p-xylène était de 74%, soit un accroissement de la sélectivité envers le p-xylène de 26%. La composition du produit réactionnel est indiquée dans le Tableau 15. Dans cet exemple, la pression réactionnelle (jauge) était de 5,4 MPa. La pression réactionnelle dans l’exemple dans lequel l’éthanol a été utilisé était de 3,4 MPa. L’ajout de 50% en mole d’éthylène a provoqué un accroissement de la pression de 60%.
Tableau 15
Exemple 16 1 g de catalyseur Y a été séché et déshydraté à 120°C pendant 12 heures. La composition du catalyseur était la suivante : 60 parties de tamis moléculaire Y (rapport SÎO2/AI2O3 = 6), 40 parties d’alumine à titre de liant. Le substrat réactionnel était constitué de 30 ml de 2,5-diméthylfurane + un mélange d’éthanol et d’éthylène, le mélange était équimolaire au dimêthylfurane ajouté, dans un rapport de mélange éthanol a éthylène de 1:9, Avant la réaction, le réacteur a été purgé 5 fois avec N2. Après quoi, l’éthanol et l’éthylène ont été ajoutés respectivement. La réaction a été mise en œuvre à 200°C pendant 6 heures. Après la réaction, le résultat a été analysé qualitativement par Spectrométrie de masse et quantitativement par chromatographie. L’activité réactionnelle initiale a augmenté de 9%, le taux de conversion du 2.5- diméthylfurane dans le substrat réactionnel était de 69%, soit un accroissement du taux de conversion de la réaction de 15%, la sélectivité envers
(e p-xylène était de 67%, soit un accroissement de la sélectivité envers le p-xylène de 19%. La composition du produit réactionnel est indiquée dans le Tableau 16. Dans cet exemple, la pression réactionnelle (jauge) était de 7,0 MPa. La pression réactionnelle dans l'exemple dans lequel l’éthanol a été utilisé était de 3,4 MPa et après ajout de 90% en mole d’éthylène, la pression a augmenté de 107%.
Tableau 16
Exemple 17 1 g de catalyseur MCM-41 a été séché et déshydraté à 120°C pendant 12 heures. La composition du catalyseur était la suivante : 50 parties de tamis moléculaire MCM-41 (rapport Si02/AI203 - 150), 50 parties d’alumine à titre de liant. Le substrat réactionnel était constitué de 20 ml de 2,5-diméthylfurane + 100 ml d’éthanol. Avant la réaction, le réacteur a été purgé 5 fois avec N2. Après quoi, la réaction a été mise en œuvre à 200°G pendant 5 heures. La pression réactionnelle était une pression autogène. Après la réaction, le résultat a été analysé qualitativement par spectrométrie dé masse et quantitativement par chromatographie. L’activité réactionnelle initiale a augmenté de 24%, le taux de conversion du 2,5-diméthylfurane dans le substrat réactionnel était de 86%, soit un accroissement du taux de conversion de (a réaction de 32%, la sélectivité envers le p-xylène était de 76%, soit un accroissement de la sélectivité envers le p-xylène de 28%. La composition du produit réactionnel est indiquée dans le Tableau 17.
Tableau 17
Exemple comparatif 1 1 g de catalyseur MCM-41 a été séché et déshydraté à 120°C pendant 12 heures. La composition du catalyseur était la suivante : 50 parties de tamis moléculaire MCM-41 (rapport S1O2/AI2O3 = 150), 50 parties d’alumine à titre de liant. Le substrat réactionnel était constitué de 20 ml de 2,5-diméthylfurane dans 20 ml de n-heptane. Avant la réaction, on a utilisé de l’azote pour purger le réacteur trois fois, puis le réacteur a été chargé avec 4 MPa d’éthylène. Après quoi, la réaction a été mise en œuvre à 200°C pendant 5 heures. Après la réaction, le résultat a été analysé qualitativement par spectrométrie de masse et quantitativement par chromatographie. Le taux de conversion du 2,5-diméthylfurane dans le substrat réactionnel était de 54%, la sélectivité envers le p-xylène était de 48%. La composition du produit réactionnel est indiquée dans le Tableau 18.
Tableau 18
Tableau 19
La description du mode de réalisation préféré de la présente invention a été présentée à des fins d’illustration et de description, mais n’est pas destinée â être exhaustive ou à limiter l’invention à la forme décrite. L'homme du métier comprendra que des variations pourraient être introduites dans le mode de réalisation décrit ci-dessus sans s’écarter du concept de l’invention au sens large. On comprendra, par conséquent, que l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation particulier décrit, mais couvre les modifications dans les limites de l’esprit et de la portée de la présente invention telle que définie dans les revend ications jointes.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de préparation d’un hydrocarbure aromatique, comprenant une étape de mise en contact d’une oléfine avec un diène en présence d’un catalyseur pour obtenir un hydrocarbure aromatique (ladite « étape de mise en contact »), qui est caractérisé en ce que, un diénophîle est utilisé pour remplacer au moins une partie de ladite oléfine (de préférence, 5% en mol ou plus, plus préférablement 10% en moi ou plus, plus préférablement 20% en mol ou plus, plus préférablement 30% en mol ou plus, plus préférablement 40% en mol ou plus, plus préférablement 50% en mol ou plus, plus préférablement 70% en mol ou plus, plus préférablement 90% en mol ou plus, plus préférablement 95% en mol ou plus, ou la totalité, ci-après rapport R), ledit diène ayant la formule structurale (I) ;
    (0 dans la formule (I), Ri et R2 sont identiques ou différents l’un de l’autre, sont choisis dans le groupe constitué par un atome d’hydrogène, un aikyle en Ci_2q linéaire ou ramifié éventuellement substitué, un alcényle en C2-20 linéaire ou ramifié éventuellement substitué, un alcynyle en C2--20 linéaire ou ramifié éventuellement substitué, un cycloalkyie en C3_2o éventuellement substitué et un aryle en C6-20 éventuellement substitué, respectivement et indépendamment ; de préférence choisis dans le groupe constitué par un atome d’hydrogène, un aikyle en C1-5 linéaire ou ramifié éventuellement substitué et un alcényle en C2_io linéaire ou ramifié éventuellement substitué, respectivement et indépendamment ; plus préférablement choisis dans le groupe constitué par un atome d’hydrogène et un aikyle en Ci_3 linéaire ou ramifié éventuellement substitué, respectivement et indépendamment, plus préférablement tous deux un méthyle, ladite oléfine est au moins une oléfine choisie parmi les oléfines en C2-C10, de préférence les a-oléfines en C2-C10, plus préférablement les α-oléfines en C2-C4, plus préférablement l’éthylène et le propène, plus préférablement l’éthylène,
    ledit diénophile est au moins un diénophile choisi parmi les alcools en Cz-C-jo, de préférence les alcools rnonohydfiques en C2-C10, plus préférablement les alcools en C2-C4 ou les alcools monohydriques en C2-C4, plus préférablement l’éthanol, le n-propanol, l’isopropanol et le sec-butanol, plus préférablement l’éthanol.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit catalyseur est un tamis moléculaire, et ledit tamis moléculaire est un ou plusieurs tamis moléculaires choisis parmi un tamis moléculaire de type ZSM (de préférence ZSM-5, ZSM-11, ZSM-22, ZSM-23 et ZSM-38), un tamis moléculaire de type Y, un tamis moléculaire de type bêta et un tamis moléculaire de type MCM (de préférence MCM-22 et MCM-41 ) ; de préférence ZSM-5, un tamis moléculaire de type Y, un tamis moléculaire de type bêta et MCM-41 ; plus préférablement ZSM-5.
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ledit tamis moléculaire de type ZSM (de préférence ZSM-5 ou ZSM-22) a un rapport molaire S1O2/AI2O3 de 10 à 500, de préférence de 15 à 200 ; ledit tamis moléculaire de type Y a un rapport molaire S1O2/AI2O3 de 2 à 80, de préférence de 3 à 50 ; ledit tamis moléculaire de type bêta a un rapport molaire SÎO2/AI2O3 de 10 à 150, de préférence de 15 à 65 ; ledit tamis moléculaire de type MCM (de préférence MCM-22 ou MCM-41) a un rapport molaire SÎO2/AI2O3 de 20 à 250, de préférence de 40 à 150.
  4. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le rapport de la mole dudit diène à la mole totale dudit diénophile et de ladite oléfine est de 0,1 à 10, de préférence de 0,5 à 2.
  5. 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite étape de mise en contact est mise en oeuvre à une température réactionnelle de 80 à 400°C, de préférence de 160 à 350°C, sous une pression réactionnelle de 0,5 à 10 MPa, de préférence de 3,0 à 6,5 MPa, plus préférablement une pression autogène.
  6. 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite étape de mise en contact est mise en œuvre à une pression réactionnelle prédéfinie, et ladite pression réactionnelle décroît au fur et à mesure que ledit rapport R croît.
  7. 7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit diène et/ou ledite diénophile est dérivé d’une matière de biomasse, de préférence une ou plusieurs dérivées du xylitol, du glucose, du cellobiose, de la cellulose, de rhêmicellulose et de la lignine, ou une ou plusieurs dérivées de boues de papier, de déchets de papier, de bagaSse de canne à sucre, du glucose, du bois, d’épis de maïs, de tiges de maïs et de paille de riz.
  8. 8. Procédé selon la revendication 1, qui comprend en outre une étape de soumission de la matière de biomasse à une conversion catalytique et à une hydrogénation catalytique ultérieure facultative pour obtenir ledit diène et/ou ledit diénophile.
  9. 9. Procédé de production de p-xylène, comprenant les étapes suivantes : une étape de production d’un hydrocarbure aromatique selon le procédé de la revendication 1 ; et une étape de séparation du p-xylène dudit hydrocarbure aromatique.
  10. 10. Procédé de production d’acide téréphtalique, comprenant les étapes suivantes : une étape de production de p-xylène selon le procédé de la revendication 9 ; et une étape de conversion du p-xylène en acide téréphtalique.
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