FR3126976A1 - Oxycombustion of oxygen-rich hydrocarbon compounds for the production of xylenes. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif et un procédé de conversion d’une charge hydrocarbonée riche en oxygène, dans lesquels une première charge hydrocarbonée (2) est traitée notamment au moyen d’un train de fractionnement (4-7), d’une unité de séparation des xylènes (10) et d’une unité d’isomérisation (11), et dans lesquels une unité d’oxycombustion (13) traite la charge hydrocarbonée riche en oxygène (30) et produit un gaz d’oxycombustion (32) comprenant du CO, du CO2 et du H2O ; et une unité d’aromatisation traite le gaz d’oxycombustion, produit un effluent d’hydrocarbures (58) comprenant des composés aromatiques, et alimente la première charge hydrocarbonée avec l’effluent d’hydrocarbures, l’unité d’aromatisation comprenant une section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS (50) et une section réactionnelle d'aromatisation du CO2 (52). Figure 1 à publierThe present invention relates to a device and a method for converting a hydrocarbon feedstock rich in oxygen, in which a first hydrocarbon feedstock (2) is treated in particular by means of a fractionation train (4-7), a unit separating xylenes (10) and an isomerization unit (11), and in which an oxycombustion unit (13) treats the hydrocarbon feed rich in oxygen (30) and produces an oxycombustion gas (32) including CO, CO2 and H2O; and an aromatization unit treats the oxycombustion gas, produces a hydrocarbon effluent (58) comprising aromatic compounds, and supplies the first hydrocarbon feedstock with the hydrocarbon effluent, the aromatization unit comprising a section WGS water gas conversion reaction section (50) and a CO2 aromatization reaction section (52). Figure 1 to be published
Description
L’invention porte sur la production d’aromatiques pour la pétrochimie (benzène, toluène, xylènes,i.e.,BTX). Plus particulièrement, l’objet de l’invention est de pouvoir produire des aromatiques, et notamment du paraxylène, par un procédé d’oxycombustion de composés hydrocarbonés riches en oxygène tels que de la biomasse.The invention relates to the production of aromatics for petrochemicals (benzene, toluene, xylenes, ie, BTX). More particularly, the object of the invention is to be able to produce aromatics, and in particular paraxylene, by an oxycombustion process of oxygen-rich hydrocarbon compounds such as biomass.
Un complexe aromatique (ou dispositif de conversion de composés aromatiques) est un dispositif alimenté par des charges majoritairement composées de six à dix atomes de carbone ou plus notées charges C6 à C10+. Différentes sources de composés aromatiques peuvent être introduites dans un complexe aromatique, la plus répandue étant issue d’un procédé de reformage catalytique des naphtas. Des mélanges de composés aromatiques obtenus par procédé de conversion de la biomasse lignocellulosique peuvent également, après traitement de purification, être introduits dans un complexe aromatique. On peut par exemple considérer le procédé d’oxycombustion de la biomasse lignocellulosique comme source d’aromatiques.An aromatic complex (or device for converting aromatic compounds) is a device powered by charges mainly composed of six to ten or more carbon atoms, denoted C6 to C10+ charges. Different sources of aromatic compounds can be introduced into an aromatic complex, the most common being from a catalytic naphtha reforming process. Mixtures of aromatic compounds obtained by conversion process of lignocellulosic biomass can also, after purification treatment, be introduced into an aromatic complex. For example, the oxycombustion process of lignocellulosic biomass can be considered as a source of aromatics.
Au sein d’un complexe aromatique, quel qu’en soit la source d’aromatiques, le benzène et les alkyles aromatiques (e.g. toluène, paraxylène, orthoxylène) y sont extraits puis convertis en intermédiaires souhaités. Les produits d’intérêt sont des aromatiques avec 0 (benzène), 1 (toluène) ou 2 (xylènes) groupes méthyles, et en particulier, au sein des xylènes, le paraxylène, ayant la plus forte valeur marchande.Within an aromatic complex, whatever the source of aromatics, benzene and aromatic alkyls (e.g. toluene, paraxylene, orthoxylene) are extracted and then converted into the desired intermediates. The products of interest are aromatics with 0 (benzene), 1 (toluene) or 2 (xylenes) methyl groups, and in particular, within xylenes, paraxylene, having the highest market value.
Les procédés d’oxycombustion de composés hydrocarbonés riches en oxygène produisent un mélange de CO, CO2 et d’eau ainsi que de l’énergie qui peut être utilisée pour par exemple produire de l’électricité. Ce mélange de CO2, d’eau et de CO ne que contient peu voire pas d’azote car un gaz enrichi en oxygène voire de l’oxygène pur est utilisé pour la combustion.Oxycombustion processes of oxygen-rich hydrocarbon compounds produce a mixture of CO, CO2 and water as well as energy that can be used to produce electricity, for example. This mixture of CO2, water and CO contains little or no nitrogen because an oxygen-enriched gas or even pure oxygen is used for combustion.
A ce jour, les complexes aromatiques permettent de produire du benzène, éventuellement du toluène, et des xylènes (souvent le paraxylène, quelques fois l’orthoxylène). Un complexe aromatique dispose généralement d’au moins une unité catalytique présentant au moins une des fonctions suivantes :
- l’isomérisation des composés aromatiques à 8 atomes de carbone notés composés A8 permettant de convertir l’orthoxylène, le métaxylène et l’éthylbenzène en paraxylène ;
- la transalkylation permettant de produire des xylènes à partir d’un mélange de toluène (et optionnellement de benzène) et de composés A9+ tels que les triméthylbenzènes et les tétraméthylbenzènes ; et
- la dismutation du toluène, qui permet de produire du benzène et des xylènes.To date, aromatic complexes make it possible to produce benzene, possibly toluene, and xylenes (often paraxylene, sometimes orthoxylene). An aromatic complex generally has at least one catalytic unit having at least one of the following functions:
- the isomerization of aromatic compounds with 8 carbon atoms, denoted A8 compounds, making it possible to convert orthoxylene, metaxylene and ethylbenzene into paraxylene;
- transalkylation to produce xylenes from a mixture of toluene (and optionally benzene) and A9+ compounds such as trimethylbenzenes and tetramethylbenzenes; And
- the disproportionation of toluene, which makes it possible to produce benzene and xylenes.
La boucle aromatique permet de produire du paraxylène haute pureté par séparation par adsorption ou par cristallisation, opération bien connue de l’art antérieur. Cette « boucle C8-aromatique » inclut une étape d’élimination des composés lourds (i.e., C9+) dans une colonne de distillation appelée « colonne des xylènes ». Le flux de tête de cette colonne, qui contient les isomères en C8-aromatiques (i.e., A8), est ensuite envoyé dans le procédé de séparation du paraxylène qui est très généralement un procédé de séparation par adsorption en lit mobile simulé (LMS) pour produire un extrait et un raffinat, ou un procédé de cristallisation dans lequel une fraction de paraxylène est isolée du reste des constituants du mélange sous forme de cristaux.The aromatic loop makes it possible to produce high purity paraxylene by separation by adsorption or by crystallization, an operation well known in the prior art. This "C8-aromatic loop" includes a step for removing heavy compounds (i.e., C9+) in a distillation column called the "xylene column". The overhead from this column, which contains the C8-aromatic isomers (i.e., A8), is then sent to the paraxylene separation process which is very generally a simulated moving bed adsorption (LMS) separation process to producing an extract and a raffinate, or a crystallization process in which a fraction of paraxylene is isolated from the rest of the constituents of the mixture in the form of crystals.
L’extrait, qui contient le paraxylène est ensuite distillé pour obtenir du paraxylène de haute pureté. Le raffinat, riche en métaxylène, orthoxylène et éthylbenzène est traité dans une unité catalytique d’isomérisation qui redonne un mélange d’aromatiques en C8, dans lequel la proportion des xylènes (ortho-, méta-, para- xylènes) est pratiquement à l’équilibre thermodynamique et la quantité d’éthylbenzène est amoindrie. Ce mélange est à nouveau envoyé dans la « colonne des xylènes » avec la charge fraiche.The extract, which contains paraxylene, is then distilled to obtain high purity paraxylene. The raffinate, rich in metaxylene, orthoxylene and ethylbenzene, is treated in a catalytic isomerization unit which gives a mixture of C8 aromatics, in which the proportion of xylenes (ortho-, meta-, para-xylenes) is practically at thermodynamic equilibrium and the amount of ethylbenzene is reduced. This mixture is again sent to the “xylene column” with the fresh feed.
Tous les procédés industriels d’isomérisation des C8-aromatiques permettent d’isomériser les xylènes. La transformation de l’éthylbenzène dépend, en revanche, du type de procédé et de catalyseur choisis. En effet, les complexes pétrochimiques utilisent une unité d’isomérisation dite « isomérisante » (i.e., isomérisation de l’éthylbenzène en un mélange de C8 aromatiques) ou « désalkylante » (i.e., désalkylation de l’éthylbenzène en benzène), afin de privilégier la production (à la sortie de la boucle aromatique) respectivement soit de paraxylène seul, soit de benzène et paraxylène.All industrial processes for the isomerization of C8-aromatics make it possible to isomerize xylenes. The transformation of ethylbenzene depends, on the other hand, on the type of process and catalyst chosen. Indeed, petrochemical complexes use an isomerization unit called "isomerizing" (i.e., isomerization of ethylbenzene into a mixture of C8 aromatics) or "dealkylating" (i.e., dealkylation of ethylbenzene into benzene), in order to favor the production (at the exit of the aromatic loop) respectively either of paraxylene alone, or of benzene and paraxylene.
Le choix d’une isomérisation « isomérisante » permet, comme indiqué ci-dessus, de maximiser la production de paraxylène, qui est le composé ayant la plus forte valeur ajoutée en sortie du complexe aromatique. L’association au sein d’un complexe aromatique d’une isomérisation « isomérisante » et d’une isomérisation en phase liquide telle que décrite par exemple dans les brevets US8697929, US7371913, US4962258, US6180550, US7915471, US10035739 et US10029958 permet notamment de maximiser la quantité de paraxylène produite tout en ayant une perte en cycles aromatiques réduite par rapport à un complexe aromatique selon l’art antérieur.The choice of an “isomerizing” isomerization makes it possible, as indicated above, to maximize the production of paraxylene, which is the compound with the highest added value at the output of the aromatic complex. The combination within an aromatic complex of an “isomerizing” isomerization and of an isomerization in the liquid phase as described for example in the patents US8697929, US7371913, US4962258, US6180550, US7915471, US10035739 and US10029958 makes it possible in particular to maximize the amount of paraxylene produced while having a reduced loss of aromatic rings compared to an aromatic complex according to the prior art.
L'oxycombustion est un processus courant dans les industries du verre, du ciment et de l'acier. C'est également une approche technologique prometteuse pour la capture du CO2 après combustion, ce dernier pouvant être facilement séparé de l'eau produite et ne contient pas d'azote. La différence principale avec la combustion classique en présence d'air est que le combustible est brûlé en présence d'oxygène pur. L'oxygène pur, O2, peut être produit par une unité de séparation d'air qui élimine le N2 atmosphérique du flux d'oxydant ou par électrolyse de l'eau. Un gaz de fumée avec une concentration élevée de CO2 et de vapeur d'eau est alors produit en sortie d'oxycombustion. La vapeur d'eau peut être éliminée par condensation et on obtient un flux de CO2 de pureté relativement élevée qui, après une nouvelle purification et déshydratation, peut être pompé vers un site de stockage géologique ou être utilisé en tant que réactif chimique pour être transformé en produits à haute valeur ajoutée. Les technologies d'oxycombustion sont bien connues de l'homme de l'art, on peut par exemple se référer à l’article suivant : Fuel, volume 215, 1 Mars 2018, pages 778-786 pour la technologie mise en œuvre en lit fluidisé.Oxycombustion is a common process in the glass, cement and steel industries. It is also a promising technological approach for the capture of CO2 after combustion, as the latter can be easily separated from the produced water and does not contain nitrogen. The main difference with conventional combustion in the presence of air is that the fuel is burned in the presence of pure oxygen. Pure oxygen, O2, can be produced by an air separation unit that removes atmospheric N2 from the oxidant stream or by electrolysis of water. A flue gas with a high concentration of CO2 and water vapor is then produced at the oxycombustion outlet. Water vapor can be removed by condensation and a relatively high purity CO2 stream is obtained which, after further purification and dehydration, can be pumped to a geological storage site or used as a chemical reagent for further processing into products with high added value. Oxycombustion technologies are well known to those skilled in the art, one can for example refer to the following article: Fuel, volume 215, March 1, 2018, pages 778-786 for the technology implemented in bed fluidized.
L'électrolyse de l'eau est un procédé électrolytique qui décompose l'eau (H2O) en dioxygène (noté O2 ou oxygène ci-après) et dihydrogène (noté H2 ou hydrogène ci-après) gazeux grâce à un courant électrique. La cellule électrolytique est constituée de deux électrodes — habituellement en métal inerte (dans la zone de potentiel et de pH considérée) comme le platine — immergées dans un électrolyte (ici l'eau elle-même) et connectées aux pôles opposés de la source de courant continu. Plusieurs technologies d'électrolyse ont été développées, on peut par exemple se référer aux articles et revues suivants : Materials Science for Energy Technologies, volume 2, numéro 3, décembre 2019, pages 442-454 ; International Journal of Engineering and Advanced Technology, volume 4, numéro 3, février 2015, pages 80-93 ; Techniques de l'Ingénieur, réf. : j6366, 10 décembre 1992, « Hydrogène par électrolyse de l’eau » par Alain Damien ; Renewable and Sustainable Energy Reviews, volume 82, numéro 3, février 2018, pages 2440-2454.Water electrolysis is an electrolytic process that breaks down water (H2O) into dioxygen (denoted O2 or oxygen below) and dihydrogen (denoted H2 or hydrogen below) gas using an electric current. The electrolytic cell consists of two electrodes - usually an inert metal (in the considered potential and pH range) such as platinum - immersed in an electrolyte (here water itself) and connected to opposite poles of the source of direct current. Several electrolysis technologies have been developed, one can for example refer to the following articles and reviews: Materials Science for Energy Technologies, volume 2, number 3, December 2019, pages 442-454; International Journal of Engineering and Advanced Technology, Volume 4, Issue 3, February 2015, pages 80-93; Engineering techniques, ref. : j6366, December 10, 1992, “Hydrogen by electrolysis of water” by Alain Damien; Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 82, Issue 3, February 2018, pages 2440-2454.
Le CO2 peut être converti en composés aromatiques en présence d'un catalyseur, voir par exemple l’article suivant : Chem. Eur. J., volume 25, numéro 20, avril 2019, pages 5149-5153.CO2 can be converted into aromatic compounds in the presence of a catalyst, see for example the following article: Chem. Eur. J., volume 25, number 20, April 2019, pages 5149-5153.
Dans le contexte précédemment décrit, un premier objet de la présente description est de surmonter les problèmes de l’art antérieur et de valoriser le carbone, et en particulier le carbone bio-sourcé sous forme CO et CO2 en composés à haute valeur ajoutée, et en particulier en composés aromatiques. Spécifiquement, la présente invention concerne un dispositif et un procédé de maximisation de la production d’aromatiques pour la pétrochimie permettant, quand les composés aromatiques sont produits par oxycombustion de composés hydrocarbonés riches en oxygène (e.g. présentant une teneur en oxygène élémentaire au moins supérieure à 1% poids, préférentiellement au moins 3% poids, très préférentiellement au moins 5% poids) tels que de la biomasse, de convertir (par exemple la totalité) du CO2 et du CO, sous-produits de l’oxycombustion, en paraffines et composés aromatiques supplémentaires.In the context described above, a first object of the present description is to overcome the problems of the prior art and to valorize carbon, and in particular bio-sourced carbon in the form of CO and CO2, into compounds with high added value, and especially in aromatic compounds. Specifically, the present invention relates to a device and a method for maximizing the production of aromatics for the petrochemical industry allowing, when the aromatic compounds are produced by oxycombustion of hydrocarbon compounds rich in oxygen (e.g. having an elemental oxygen content at least greater than 1% by weight, preferably at least 3% by weight, very preferably at least 5% by weight) such as biomass, to convert (for example all) CO2 and CO, by-products of oxycombustion, into paraffins and additional aromatic compounds.
L’invention repose sur la conversion du dioxyde de carbone, i.e., CO2, et du monoxyde de carbone, i.e., CO, issus d'un procédé d'oxycombustion de composés hydrocarbonés riches en oxygène, en paraffines et en composés aromatiques qui sont introduits dans un complexe aromatique, et notamment sur la disposition d’une ou plusieurs unités permettant de convertir le CO2 en composés aromatiques en une étape dans un réacteur d'aromatisation dédié. Les composés aromatiques issus de la conversion du CO2 sont traités au sein d’un complexe aromatique.The invention is based on the conversion of carbon dioxide, i.e., CO2, and carbon monoxide, i.e., CO, resulting from an oxycombustion process of hydrocarbon compounds rich in oxygen, in paraffins and in aromatic compounds which are introduced in an aromatic complex, and in particular on the arrangement of one or more units allowing the conversion of CO2 into aromatic compounds in one step in a dedicated aromatization reactor. The aromatic compounds resulting from the conversion of CO2 are treated within an aromatic complex.
Le dispositif et le procédé selon l’invention comprennent en outre une ou plusieurs unités de conversion du gaz à l'eau (ou WGS ou « Water Gas Shift » selon la terminologie anglo-saxonne) pour convertir au moins partiellement le CO en CO2 et obtenir ainsi un gaz enrichi en CO2, suivi d'une unité d'aromatisation du CO2. Préférablement, à la sortie de l'unité d'aromatisation du CO2, le CO produit et le CO2 non converti sont recyclés à l'entrée de l'unité de WGS. La conversion du CO et du CO2 peut alors être complète. Les composés aromatiques issus de l'aromatisation du CO2 sont introduits dans le complexe aromatique pour y être transformés en benzène et paraxylène.The device and the method according to the invention further comprise one or more water gas conversion units (or WGS or "Water Gas Shift" according to the English terminology) to at least partially convert the CO into CO2 and thus obtaining a CO2-enriched gas, followed by a CO2 aromatization unit. Preferably, at the outlet of the CO2 aromatization unit, the CO produced and the unconverted CO2 are recycled at the inlet of the WGS unit. The conversion of CO and CO2 can then be complete. The aromatic compounds resulting from the aromatization of CO2 are introduced into the aromatic complex to be transformed there into benzene and paraxylene.
Préférablement, l'H2 nécessaire pour la conversion du CO2 est intégralement fourni par une unité d'électrolyse de l'eau produite par le procédé (en sortie de l’étape d’aromatisation du CO2). L'oxygène nécessaire à l'oxycombustion est également préférablement fourni par ladite unité d'électrolyse de l'eau produite par le procédé. Ainsi le procédé selon l'invention ne nécessite pas d'apport d'eau, d'hydrogène ou d'oxygène externe, ce qui est un avantage notable car cela permet de conserver le caractère biosourcé des composés aromatiques produits, sans nécessiter d’unités de production d’hydrogène, par exemple par vaporeformage de gaz naturel.Preferably, the H2 necessary for the conversion of CO2 is entirely supplied by a unit for electrolysis of the water produced by the process (at the output of the CO2 aromatization stage). The oxygen necessary for the oxycombustion is also preferably supplied by said unit for electrolysis of the water produced by the process. Thus the process according to the invention does not require the supply of water, hydrogen or external oxygen, which is a notable advantage because it makes it possible to preserve the biosourced character of the aromatic compounds produced, without requiring units hydrogen production, for example by steam reforming of natural gas.
Selon un premier aspect, les objets précités, ainsi que d’autres avantages, sont obtenus par un dispositif de conversion d’une charge hydrocarbonée riche en oxygène, comprenant :
- un train de fractionnement adapté pour extraire au moins une coupe comprenant du benzène, une coupe comprenant du toluène et une coupe comprenant des xylènes et de l’éthylbenzène d’une première charge hydrocarbonée ;
- une unité de séparation des xylènes adaptée pour traiter la coupe comprenant des xylènes et de l’éthylbenzène et produire un extrait comprenant du paraxylène et un raffinat comprenant de l’orthoxylène, du métaxylène et de l’éthylbenzène ;
- une unité d’isomérisation adaptée pour traiter le raffinat et produire un isomérat enrichi en paraxylène envoyé vers le train de fractionnement ;
- une unité d’oxycombustion adaptée pour traiter la charge hydrocarbonée riche en oxygène et produire un gaz d’oxycombustion comprenant au moins du CO, du CO2 et du H2O ;
- une unité d’aromatisation adaptée pour traiter le gaz d’oxycombustion et produire un effluent d’hydrocarbures comprenant des composés aromatiques, et alimenter la première charge hydrocarbonée avec l’effluent d’hydrocarbures, l’unité d’aromatisation comprenant une section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS et une section réactionnelle d'aromatisation du CO2.According to a first aspect, the aforementioned objects, as well as other advantages, are obtained by a device for converting a hydrocarbon feedstock rich in oxygen, comprising:
- a fractionation train adapted to extract at least one cut comprising benzene, one cut comprising toluene and one cut comprising xylenes and ethylbenzene from a first hydrocarbon feedstock;
- a xylene separation unit suitable for treating the cut comprising xylenes and ethylbenzene and producing an extract comprising paraxylene and a raffinate comprising orthoxylene, metaxylene and ethylbenzene;
- an isomerization unit adapted to treat the raffinate and produce an isomerate enriched in paraxylene sent to the fractionation train;
- an oxycombustion unit suitable for treating the hydrocarbon feedstock rich in oxygen and producing an oxycombustion gas comprising at least CO, CO2 and H2O;
- an aromatization unit adapted to treat the oxycombustion gas and produce a hydrocarbon effluent comprising aromatic compounds, and to supply the first hydrocarbon feedstock with the hydrocarbon effluent, the aromatization unit comprising a reaction section WGS water gas conversion and a CO2 aromatization reaction section.
Un des avantages de l’invention est notamment de pouvoir convertir le CO2 en composés aromatiques en une seule étape et de pouvoir, par le biais de recyclages, convertir la totalité du CO2 et du CO.One of the advantages of the invention is in particular to be able to convert CO2 into aromatic compounds in a single step and to be able, through recycling, to convert all of the CO2 and CO.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS est adaptée pour traiter le gaz d’oxycombustion et produire un gaz de WGS enrichi en CO2 et en hydrogène ; et la section réactionnelle d'aromatisation du CO2 est adaptée pour traiter au moins en partie le gaz de WGS pour produire l’effluent d’hydrocarbures.According to one or more embodiments, the WGS water gas conversion reaction section is adapted to treat the oxycombustion gas and produce a WGS gas enriched in CO2 and hydrogen; and the CO2 aromatization reaction section is adapted to at least partially treat the WGS gas to produce the hydrocarbon effluent.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la section réactionnelle d'aromatisation du CO2 est adaptée pour traiter le gaz d’oxycombustion pour produire l’effluent d’hydrocarbures comprenant des composés aromatiques ; et la section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS est adaptée pour traiter au moins en partie du CO2 non converti, du CO et du H2O formés dans la section réactionnelle d’aromatisation du CO2 et produire un gaz de WGS enrichi en CO2 et en hydrogène.According to one or more embodiments, the CO2 aromatization reaction section is adapted to process the oxycombustion gas to produce the hydrocarbon effluent comprising aromatic compounds; and the WGS water gas conversion reaction section is adapted to process at least in part unconverted CO2, CO and H2O formed in the CO2 aromatization reaction section and produce CO2 enriched WGS gas and hydrogen.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le dispositif comprend en outre une ligne d’appoint pour fournir un apport en H2O dans la section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS, et/ou une ligne d'appoint pour fournir un apport en hydrogène dans la section réactionnelle d'aromatisation du CO2.According to one or more embodiments, the device further comprises a make-up line for supplying an H2O supply in the reaction section for the conversion of gas to water WGS, and/or a make-up line for supplying a supply into hydrogen in the CO2 aromatization reaction section.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le train de fractionnement est adapté pour extraire une coupe de mono-aromatiques en C9-C10 de la charge.According to one or more embodiments, the fractionation train is suitable for extracting a cut of C9-C10 mono-aromatics from the feed.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le dispositif comprend en outre une unité de transalkylation adaptée pour traiter la coupe de mono-aromatiques en C9-C10 avec la coupe comprenant du toluène et produire des xylènes envoyés vers le train de fractionnement.According to one or more embodiments, the device further comprises a transalkylation unit suitable for treating the C9-C10 mono-aromatic cut with the cut comprising toluene and producing xylenes sent to the fractionation train.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le dispositif comprend en outre une unité d’hydrogénolyse sélective adaptée pour traiter la coupe de mono-aromatiques en C9-C10 ; et produire un effluent d’hydrogénolyse enrichi en composés aromatiques substitués en méthyles envoyé dans l’unité de transalkylation.According to one or more embodiments, the device further comprises a selective hydrogenolysis unit suitable for processing the cut of C9-C10 mono-aromatics; and produce a hydrogenolysis effluent enriched in methyl-substituted aromatic compounds sent to the transalkylation unit.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le dispositif comprend en outre une section d’électrolyse de l’eau, alimentée par de l’eau produite par la section réactionnelle d'aromatisation du CO2 pour produire de l’oxygène recyclé vers l’unité d’oxycombustion et produire de l’hydrogène recyclé vers la section réactionnelle de WGS et/ou la section réactionnelle d’aromatisation du CO2.According to one or more embodiments, the device further comprises a water electrolysis section, supplied with water produced by the CO2 aromatization reaction section to produce oxygen recycled to the unit. oxycombustion and produce hydrogen recycled to the WGS reaction section and/or the CO2 aromatization reaction section.
Selon un deuxième aspect, les objets précités, ainsi que d’autres avantages, sont obtenus par un procédé de conversion d’une charge hydrocarbonée riche en oxygène, comprenant les étapes suivantes :
- fractionner une première charge hydrocarbonée dans un train de fractionnement pour extraire au moins une coupe comprenant du benzène, une coupe comprenant du toluène et une coupe comprenant des xylènes et de l’éthylbenzène ;
- séparer la coupe comprenant des xylènes et de l’éthylbenzène dans une unité de séparation des xylènes et produire un extrait comprenant du paraxylène et un raffinat comprenant de l’orthoxylène, du métaxylène et de l’éthylbenzène ;
- isomériser le raffinat dans une unité d’isomérisation et produire un isomérat enrichi en paraxylène ;
- envoyer l’isomérat enrichi en paraxylène vers le train de fractionnement ;
- traiter la charge hydrocarbonée riche en oxygène dans une unité d’oxycombustion pour produire un gaz d’oxycombustion comprenant au moins du CO, du CO2 et du H2O ;
- traiter ledit gaz d’oxycombustion dans une unité d’aromatisation pour produire un effluent d’hydrocarbures comprenant des composés aromatiques, l’unité d’aromatisation comprenant une section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS et une section réactionnelle d'aromatisation du CO2 ;
- alimenter la première charge hydrocarbonée avec l’effluent d’hydrocarbures.According to a second aspect, the aforementioned objects, as well as other advantages, are obtained by a process for converting a hydrocarbon feedstock rich in oxygen, comprising the following steps:
- fractionating a first hydrocarbon charge in a fractionation train to extract at least one cut comprising benzene, one cut comprising toluene and one cut comprising xylenes and ethylbenzene;
- separating the cut comprising xylenes and ethylbenzene in a xylene separation unit and producing an extract comprising paraxylene and a raffinate comprising orthoxylene, metaxylene and ethylbenzene;
- Isomerize the raffinate in an isomerization unit and produce an isomerate enriched in paraxylene;
- sending the paraxylene-enriched isomerate to the fractionation train;
- treating the hydrocarbon feedstock rich in oxygen in an oxycombustion unit to produce an oxycombustion gas comprising at least CO, CO2 and H2O;
- treating said oxycombustion gas in an aromatization unit to produce a hydrocarbon effluent comprising aromatic compounds, the aromatization unit comprising a WGS water gas conversion reaction section and a aromatization of CO2;
- Feeding the first hydrocarbon charge with the hydrocarbon effluent.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le procédé comprend en outre les étapes suivantes :
- traiter le gaz d’oxycombustion dans la section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS pour produire un gaz de WGS enrichi en CO2 et en hydrogène ;
- traiter au moins en partie le gaz de WGS dans la section réactionnelle d'aromatisation du CO2 pour produire l’effluent d’hydrocarbures comprenant des composés aromatiques ;
- recycler à l'entrée la section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS, le CO2 non converti ainsi que du CO et de l’eau formés dans la section réactionnelle d’aromatisation du CO2.According to one or more embodiments, the method further comprises the following steps:
- treating the oxycombustion gas in the WGS water gas conversion reaction section to produce a WGS gas enriched in CO2 and hydrogen;
- at least partially treating the WGS gas in the CO2 aromatization reaction section to produce the hydrocarbon effluent comprising aromatic compounds;
- Recycle at the inlet the reaction section for converting water gas WGS, the unconverted CO2 as well as the CO and water formed in the reaction section for aromatization of CO2.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le procédé comprend en outre les étapes suivantes :
- traiter le gaz d’oxycombustion dans la section réactionnelle d'aromatisation du CO2 pour produire l’effluent d’hydrocarbures comprenant des composés aromatiques ;
- traiter dans la section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS au moins en partie du CO2 non converti, du CO et du H2O formés dans la section réactionnelle d’aromatisation du CO2 pour produire un gaz de WGS enrichi en CO2 et en hydrogène ; et
- recycler le gaz de WGS enrichi en CO2 et en hydrogène dans la section réactionnelle d'aromatisation du CO2.According to one or more embodiments, the method further comprises the following steps:
- treating the oxycombustion gas in the CO2 aromatization reaction section to produce the hydrocarbon effluent comprising aromatic compounds;
- treating in the WGS water gas conversion reaction section at least partly unconverted CO2, CO and H2O formed in the CO2 aromatization reaction section to produce a WGS gas enriched in CO2 and hydrogen; And
- recycle the CO2 and hydrogen enriched WGS gas in the CO2 aromatization reaction section.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le procédé comprend en outre de fournir un apport en H2 dans la section réactionnelle d'aromatisation du CO2 et/ou un apport en H2O dans la section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS.According to one or more embodiments, the method further comprises providing an H2 feed to the CO2 aromatization reaction section and/or a H2O feed to the WGS water gas conversion reaction section.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’unité d’oxycombustion comprend au moins un réacteur utilisé dans au moins une des conditions opératoires suivantes :
- un réacteur opérant en lit fluidisé ;
- température comprise entre 500°C et 1000°C ;
- pression comprise entre 0,1 MPa et 3 MPa ;
- injection d’un gaz comprenant au moins 80% poids d’oxygène.According to one or more embodiments, the oxycombustion unit comprises at least one reactor used in at least one of the following operating conditions:
- a reactor operating in a fluidized bed;
- temperature between 500°C and 1000°C;
- pressure between 0.1 MPa and 3 MPa;
- injection of a gas comprising at least 80% by weight of oxygen.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la section réactionnelle de WGS comprend au moins un réacteur utilisé dans au moins une des conditions opératoires suivantes :
- température comprise entre 250°C et 450°C, préférentiellement comprise entre 300°C et 500°C, et plus préférentiellement encore comprise entre 310°C et 450°C ;
- pression comprise entre 0,1 MPa et 5 MPa, préférentiellement comprise entre 0,2 MPa et 4 MPa, et plus préférentiellement comprise entre 0,5 MPa et 3 MPa ;
- un ratio molaire H2O/CO compris entre 1 et 4, préférablement entre 1,5 et 2,5, très préférablement entre 1,8 et 2,2, tel que de 2 (± 0,1) ;
- la vitesse spatiale du gaz à l'entrée du réacteur comprise entre 1000 mL/gcata/h et 30000 mL/gcata/h ;According to one or more embodiments, the reaction section of WGS comprises at least one reactor used in at least one of the following operating conditions:
- temperature between 250°C and 450°C, preferably between 300°C and 500°C, and even more preferably between 310°C and 450°C;
- pressure between 0.1 MPa and 5 MPa, preferably between 0.2 MPa and 4 MPa, and more preferably between 0.5 MPa and 3 MPa;
- an H2O/CO molar ratio of between 1 and 4, preferably between 1.5 and 2.5, very preferably between 1.8 and 2.2, such as 2 (±0.1);
- the space velocity of the gas at the reactor inlet of between 1000 mL/g cat /h and 30000 mL/g cat /h;
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la section réactionnelle d'aromatisation du CO2 comprend au moins un réacteur utilisé dans au moins une des conditions opératoires suivantes :
- température comprise entre 280°C et 350°C, préférentiellement comprise entre 300°C et 400°C, et plus préférentiellement encore comprise entre 320°C et 380°C ;
- pression comprise entre 0,1 MPa et 10 MPa, préférentiellement comprise entre 0,5 MPa et 8 MPa, et plus préférentiellement comprise entre 2 MPa et 4 MPa ;
- vitesse spatiale du gaz à l'entrée du réacteur comprise entre 500 mL/gcata/h et 3000 mL/gcata/h.According to one or more embodiments, the CO2 aromatization reaction section comprises at least one reactor used in at least one of the following operating conditions:
- temperature between 280°C and 350°C, preferably between 300°C and 400°C, and even more preferably between 320°C and 380°C;
- pressure between 0.1 MPa and 10 MPa, preferably between 0.5 MPa and 8 MPa, and more preferably between 2 MPa and 4 MPa;
- gas space velocity at the reactor inlet of between 500 mL/g cat /h and 3000 mL/g cat /h.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le procédé comprend en outre d’alimenter une section d’électrolyse de l’eau avec de l’eau produite par la section réactionnelle d'aromatisation du CO2 pour produire de l’oxygène recyclé vers l’unité d’oxycombustion et produire de l’hydrogène recyclé vers la section réactionnelle de WGS et/ou la section réactionnelle d’aromatisation du CO2.According to one or more embodiments, the method further comprises supplying a water electrolysis section with water produced by the CO2 aromatization reaction section to produce oxygen recycled to the oxycombustion unit and produce hydrogen recycled to the WGS reaction section and/or the CO2 aromatization reaction section.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la section d’électrolyse de l’eau comprend au moins un réacteur utilisé dans au moins une des conditions opératoires suivantes :
- température comprise entre 60°C et 90°C ;
- pression comprise entre 0,1 MPa et 20 MPa, de préférence entre 0,1 MPa et 4 MPa ;
- électrolyte comprenant du KOH ;
- électrodes comprenant un alliage métallique ;
- diaphragme comprenant de l’amiante, du polytétrafluoroéthylène et/ou de l’oxyde de nickel.According to one or more embodiments, the water electrolysis section comprises at least one reactor used in at least one of the following operating conditions:
- temperature between 60°C and 90°C;
- pressure between 0.1 MPa and 20 MPa, preferably between 0.1 MPa and 4 MPa;
- electrolyte comprising KOH;
- electrodes comprising a metal alloy;
- diaphragm comprising asbestos, polytetrafluoroethylene and/or nickel oxide.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’unité d’isomérisation comprend une zone d’isomérisation en phase gaz et/ou une zone d’isomérisation en phase liquide,
dans lequel la zone d’isomérisation en phase gaz est utilisée dans au moins une des conditions opératoires suivantes :
- température supérieure à 300°C ;
- pression inférieure à 4,0 MPa ;
- vitesse spatiale horaire inférieure à 10 h-1;
- rapport molaire hydrogène sur hydrocarbure inférieur à 10 ;
- en présence d’un catalyseur comportant au moins une zéolithe présentant des canaux dont l’ouverture est définie par un anneau à 10 ou 12 atomes d’oxygène, et au moins un métal du groupe VIII de teneur comprise entre 0,1% en poids et 0,3% en poids, bornes incluses, et
dans lequel la zone d’isomérisation en phase liquide est utilisée dans au moins une des conditions opératoires suivantes :
- température inférieure à 300 C ;
- pression inférieure à 4 MPa ;
- vitesse spatiale horaire inférieure à 10 h-1;
- en présence d’un catalyseur comportant au moins une zéolithe présentant des canaux dont l'ouverture est définie par un anneau à 10 ou 12 atomes d'oxygène.According to one or more embodiments, the isomerization unit comprises a gas phase isomerization zone and/or a liquid phase isomerization zone,
wherein the gas phase isomerization zone is used under at least one of the following operating conditions:
- temperature above 300°C;
- pressure less than 4.0 MPa;
- hourly space velocity less than 10 h -1 ;
- hydrogen to hydrocarbon molar ratio less than 10;
- in the presence of a catalyst comprising at least one zeolite having channels whose opening is defined by a ring with 10 or 12 oxygen atoms, and at least one group VIII metal with a content of between 0.1% in weight and 0.3% by weight, terminals included, and
wherein the liquid phase isomerization zone is used under at least one of the following operating conditions:
- temperature below 300 C;
- pressure less than 4 MPa;
- hourly space velocity less than 10 h -1 ;
- in the presence of a catalyst comprising at least one zeolite having channels whose opening is defined by a ring with 10 or 12 oxygen atoms.
Des modes de réalisation selon le premier aspect et le deuxième aspect ainsi que d’autres caractéristiques et avantages des dispositifs et procédés selon les aspects précités vont apparaître à la lecture de la description qui suit, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et en référence à la figure suivante.Embodiments according to the first aspect and the second aspect as well as other characteristics and advantages of the devices and methods according to the aforementioned aspects will become apparent on reading the description which follows, given for illustrative and non-limiting purposes only, and in reference to the following figure.
Liste des figuresList of Figures
La
Claims (15)
- un train de fractionnement (4-7) adapté pour extraire au moins une coupe comprenant du benzène (22), une coupe comprenant du toluène (23) et une coupe comprenant des xylènes et de l’éthylbenzène (24) d’une première charge hydrocarbonée (2) ;
- une unité de séparation des xylènes (10) adaptée pour traiter la coupe comprenant des xylènes et de l’éthylbenzène (24) et produire un extrait (39) comprenant du paraxylène et un raffinat (40) comprenant de l’orthoxylène, du métaxylène et de l’éthylbenzène ;
- une unité d’isomérisation (11) adaptée pour traiter le raffinat (40) et produire un isomérat (42) enrichi en paraxylène envoyé vers le train de fractionnement (4-7) ;
- une unité d’oxycombustion (13) adaptée pour traiter la charge hydrocarbonée riche en oxygène (30) et produire un gaz d’oxycombustion (32) comprenant au moins du CO, du CO2 et du H2O ;
- une unité d’aromatisation adaptée pour traiter le gaz d’oxycombustion et produire un effluent d’hydrocarbures (58) comprenant des composés aromatiques, et alimenter la première charge hydrocarbonée (2) avec l’effluent d’hydrocarbures (58), l’unité d’aromatisation comprenant une section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS (50) et une section réactionnelle d'aromatisation du CO2 (52).
- a fractionation train (4-7) adapted to extract at least one cut comprising benzene (22), one cut comprising toluene (23) and one cut comprising xylenes and ethylbenzene (24) from a first feed hydrocarbon (2);
- a xylene separation unit (10) adapted to treat the cut comprising xylenes and ethylbenzene (24) and produce an extract (39) comprising paraxylene and a raffinate (40) comprising orthoxylene, metaxylene and ethylbenzene;
- an isomerization unit (11) adapted to treat the raffinate (40) and produce an isomerate (42) enriched in paraxylene sent to the fractionation train (4-7);
- an oxycombustion unit (13) suitable for treating the oxygen-rich hydrocarbon feedstock (30) and producing an oxycombustion gas (32) comprising at least CO, CO2 and H2O;
- an aromatization unit suitable for treating the oxycombustion gas and producing a hydrocarbon effluent (58) comprising aromatic compounds, and supplying the first hydrocarbon charge (2) with the hydrocarbon effluent (58), the an aromatization unit comprising a WGS water gas conversion reaction section (50) and a CO2 aromatization reaction section (52).
- traiter la coupe de mono-aromatiques en C9-C10 (25) ; et
- produire un effluent d’hydrogénolyse enrichi en composés aromatiques substitués en méthyles (46) envoyé dans l’unité de transalkylation (8).
- treat the C9-C10 mono-aromatic cut (25); And
- producing a hydrogenolysis effluent enriched in methyl-substituted aromatic compounds (46) sent to the transalkylation unit (8).
- fractionner une première charge hydrocarbonée (2) dans un train de fractionnement (4-7) pour extraire au moins une coupe comprenant du benzène (22), une coupe comprenant du toluène (23) et une coupe comprenant des xylènes et de l’éthylbenzène (24) ;
- séparer la coupe comprenant des xylènes et de l’éthylbenzène (24) dans une unité de séparation des xylènes (10) et produire un extrait (39) comprenant du paraxylène et un raffinat (40) comprenant de l’orthoxylène, du métaxylène et de l’éthylbenzène ;
- isomériser le raffinat (40) dans une unité d’isomérisation (11) et produire un isomérat (42) enrichi en paraxylène ;
- envoyer l’isomérat (42) enrichi en paraxylène vers le train de fractionnement (4-7) ;
- traiter la charge hydrocarbonée riche en oxygène (30) dans une unité d’oxycombustion (13) pour produire un gaz d’oxycombustion (32) comprenant au moins du CO, du CO2 et du H2O ;
- traiter le gaz d’oxycombustion (32) dans une unité d’aromatisation pour produire un effluent d’hydrocarbures (58) comprenant des composés aromatiques, l’unité d’aromatisation comprenant une section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS (50) et une section réactionnelle d'aromatisation du CO2 (52) ;
- alimenter la première charge hydrocarbonée (2) avec l’effluent d’hydrocarbures (58).
- fractionating a first hydrocarbon feedstock (2) in a fractionation train (4-7) to extract at least one cut comprising benzene (22), one cut comprising toluene (23) and one cut comprising xylenes and ethylbenzene (24);
- separating the cut comprising xylenes and ethylbenzene (24) in a xylene separation unit (10) and producing an extract (39) comprising paraxylene and a raffinate (40) comprising orthoxylene, metaxylene and ethylbenzene;
- isomerizing the raffinate (40) in an isomerization unit (11) and producing an isomerate (42) enriched in paraxylene;
- sending the isomerate (42) enriched in paraxylene to the fractionation train (4-7);
- processing the oxygen-rich hydrocarbon feedstock (30) in an oxycombustion unit (13) to produce an oxycombustion gas (32) comprising at least CO, CO2 and H2O;
- processing oxy-combustion gas (32) in an aromatization unit to produce a hydrocarbon effluent (58) comprising aromatic compounds, the aromatization unit including a water gas conversion reaction section WGS ( 50) and a CO2 aromatization reaction section (52);
- supplying the first hydrocarbon charge (2) with the hydrocarbon effluent (58).
- traiter le gaz d’oxycombustion (32) dans la section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS (50) pour produire un gaz de WGS (51) enrichi en CO2 et en hydrogène ;
- traiter au moins en partie le gaz de WGS (51) dans la section réactionnelle d'aromatisation du CO2 (52) pour produire l’effluent d’hydrocarbures (58) comprenant des composés aromatiques ;
- recycler à l'entrée la section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS (50), le CO2 non converti ainsi que du CO et de l’eau formés dans la section réactionnelle d’aromatisation du CO2 (52).
- processing the oxy-fuel gas (32) in the WGS water gas conversion reaction section (50) to produce a WGS gas (51) enriched in CO2 and hydrogen;
- at least partially processing the WGS gas (51) in the CO2 aromatization reaction section (52) to produce the hydrocarbon effluent (58) comprising aromatic compounds;
- recycling unconverted CO2 as well as CO and water formed in the CO2 aromatization reaction section (52) to the inlet of the WGS water gas conversion reaction section (50).
- traiter le gaz d’oxycombustion (32) dans la section réactionnelle d'aromatisation du CO2 (52) pour produire l’effluent d’hydrocarbures (58) comprenant des composés aromatiques ;
- traiter dans la section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS (50) au moins en partie du CO2 non converti, du CO et du H2O formés dans la section réactionnelle d’aromatisation du CO2 (52) pour produire un gaz de WGS enrichi en CO2 et en hydrogène ; et
- recycler le gaz de WGS enrichi en CO2 et en hydrogène dans la section réactionnelle d'aromatisation du CO2.
- treating the oxy-combustion gas (32) in the CO2 aromatization reaction section (52) to produce the hydrocarbon effluent (58) comprising aromatic compounds;
- processing in the WGS water gas conversion reaction section (50) at least part of the unconverted CO2, CO and H2O formed in the CO2 aromatization reaction section (52) to produce a WGS gas enriched with CO2 and hydrogen; And
- recycle WGS gas enriched in CO2 and hydrogen to the CO2 aromatization reaction section.
- réacteur opérant en lit fluidisé ;
- température comprise entre 500°C et 1000°C ;
- pression comprise entre 0,1 MPa et 3 MPa ;
- injection d’un gaz comprenant au moins 80% poids d’oxygène.
- fluidized bed reactor;
- temperature between 500°C and 1000°C;
- pressure between 0.1 MPa and 3 MPa;
- injection of a gas comprising at least 80% by weight of oxygen.
- température comprise entre 250°C et 450°C ;
- pression comprise entre 0,1 MPa et 5 MPa ;
- ratio molaire H2O/CO compris entre 1 et 4 ;
- vitesse spatiale du gaz à l'entrée du réacteur comprise entre 1000 mL/gcata/h et 30000 mL/gcata/h ;
- temperature between 250°C and 450°C;
- pressure between 0.1 MPa and 5 MPa;
- H2O/CO molar ratio between 1 and 4;
- space velocity of the gas at the reactor inlet of between 1000 mL/g cat /h and 30000 mL/g cat /h;
- température comprise entre 280°C et 350°C ;
- pression comprise entre 0,1 MPa et 10 MPa ;
- vitesse spatiale du gaz à l'entrée du réacteur comprise entre 500 mL/gcata/h et 3000 mL/gcata/h.
- temperature between 280°C and 350°C;
- pressure between 0.1 MPa and 10 MPa;
- space velocity of the gas at the reactor inlet of between 500 mL/g cat /h and 3000 mL/g cat /h.
A conversion process according to any of claims 8 to 14, further comprising supplying a water electrolysis section (55) with water (56) produced by the CO2 aromatization reaction section (52) to produce oxygen (33) recycled to the oxycombustion unit (13) and to produce hydrogen (34) recycled to the WGS water gas conversion reaction section (50) and /or the CO2 aromatization reaction section (52).
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