FR3126977A1 - Combustion en boucle chimique de composés hydrocarbonés riches en oxygène pour la production de xylènes. - 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 de combustion en boucle chimique (13) traite la charge hydrocarbonée riche en oxygène (30) et produit un gaz de combustion en boucle chimique (32) comprenant du CO2 et du H2O ; et une unité d’aromatisation traite le gaz de combustion en boucle chimique, 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 publier
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 de combustion en boucle chimique (ou « CLC » ou « chemical looping combustion » selon la terminologie anglo-saxonne) de composés hydrocarbonés riches en oxygène tels que de la biomasse.
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 de combustion en boucle chimique de la biomasse lignocellulosique comme source d’aromatiques.
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.
Les procédés de combustion en boucle chimique de composés hydrocarbonés riches en oxygène produisent un mélange de CO2 et d’eau ainsi que de l’énergie qui peut être utilisée pour par exemple produire de l’électricité. Ce mélange de CO2 et d’eau ne contient pas d’azote car l’oxygène pour la combustion en boucle chimique est apporté par un matériau à base d’oxyde métallique, ledit matériau une fois réduit est re-oxydé dans un équipement séparé.
L'enjeu est alors de valoriser ce carbone, et en particulier ce carbone bio-sourcé sous forme CO2 en composés à haute valeur ajoutée, et en particulier en composés aromatiques, ce qui est l’objet de la présente invention.
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.
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- la dismutation du toluène, qui permet de produire du benzène et des xylènes.
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.
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.
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.
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.
Le procédé de combustion en boucle chimique repose sur la circulation de matériaux porteurs d'oxygène entre deux réacteurs. L’oxygène nécessaire à l’oxydation du combustible est fourni par le porteur d’oxygène dans le réacteur dit « Fuel », puis le porteur d’oxygène réduit est réoxydé par l’air dans le réacteur dit « Air ». Un flux de CO2 et de vapeur, facilement séparables, est ainsi obtenu en sortie du réacteur Fuel. La mise en œuvre la plus étudiée de cette voie de combustion est celle du lit fluidisé circulant.
De nombreux matériaux synthétiques, différents minerais naturels ou encore les déchets de certaines industries ont été utilisés par le passé avec un certain succès comme matériaux porteurs d’oxygène, à la fois du point de vue de leur capacité de transfert d’oxygène et de leur réactivité. Il a été démontré que l'utilisation de minerais naturels bon marché, telle l'ilménite, pour la combustion de charges solides type charbon est réalisable. Néanmoins, la faible capacité de transfert d’oxygène et les cinétiques réactionnelles entraînent des tailles d'installation importantes, et les risques liés à l'agglomération ou à l'attrition sont élevés. Les matériaux synthétiques plus performants sont généralement constitués d'une phase active (un oxyde métallique qui réagit avec le combustible, choisi typiquement parmi les oxydes de Mn, Fe, Co, Ni ou Cu), et d'une phase liante (oxyde stable dans les conditions du procédé, par exemple Al2O3 ou SiO2) qui permet d'augmenter la résistance mécanique des particules.
Le matériau porteur d’oxygène est un comburant intéressant puisqu’il est réutilisé pour faire de nombreux cycles de combustion d’une part et il fournit de l’oxygène pur qui facilite in fine la capture du CO2 d’autre part. Comparée à une combustion classique à l’air, la technologie de combustion en boucle chimique permet d’éviter de diluer le CO2 produit dans des fumées riches en composés azotés ; et comparé à une oxycombustion, la boucle chimique permet de s’affranchir d’un procédé d’obtention d’oxygène gazeux pur, généralement très coûteux d’un point de vue financier et énergétique.
Ainsi, lorsque la combustion est complète, les fumées en sortie de réacteur fuel, sont sensiblement composées de CO2 et de vapeur d’eau, séparés par simple condensation. Dans le cas où la combustion ne serait pas complète, des gaz imbrûlés, tels que CO, H2, CH4 peuvent être également présents dans les fumées en sortie du réacteur fuel. Une étape de polishing à l’oxygène hautement concentré peut alors être envisagée de façon à assurer une combustion complète des gaz imbrûlés, de sorte que les fumées ne contiennent plus de CO, H2 ou CH4.
La technologie de combustion en boucle chimique peut être utilisée avec des combustibles gazeux, liquides ou solides comme les charbons ou la biomasse (Voir par exemple : Progress in Energy and Combustion Science, Vol 65 (2018), pages 6-66).
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.
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 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 combustion en boucle chimique 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 optionnellement du CO, sous-produits de la combustion en boucle chimique, en paraffines et composés aromatiques supplémentaires.
L’invention repose sur la conversion du dioxyde de carbone, i.e., CO2, issu d'un procédé de combustion en boucle chimique 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.
Avantageusement, à la sortie de l'unité d'aromatisation du CO2, le CO produit et le CO2 non converti sont envoyés à l'entrée d’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, recyclé dans l’unité d'aromatisation du CO2. La conversion du CO2 peut alors être complète. L’unité de WGS peut être disposée (directement) en amont ou en aval de l’unité d'aromatisation du CO2.
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 de combustion en boucle chimique adaptée pour traiter la charge hydrocarbonée riche en oxygène et produire un gaz de combustion en boucle chimique comprenant au moins du CO2 et du H2O ;
- une unité d’aromatisation adaptée pour traiter le gaz de combustion en boucle chimique 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.
- 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 de combustion en boucle chimique adaptée pour traiter la charge hydrocarbonée riche en oxygène et produire un gaz de combustion en boucle chimique comprenant au moins du CO2 et du H2O ;
- une unité d’aromatisation adaptée pour traiter le gaz de combustion en boucle chimique 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.
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.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS est adaptée pour traiter le gaz de combustion en boucle chimique 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.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la section réactionnelle d'aromatisation du CO2 est adaptée pour traiter le gaz de combustion en boucle chimique 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.
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.
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.
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.
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 en amont de l’unité de transalkylation ; et produire un effluent d’hydrogénolyse enrichi en composés aromatiques substitués en méthyles envoyé dans l’unité de transalkylation.
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 de combustion en boucle chimique pour produire un gaz de combustion en boucle chimique comprenant au moins du CO2 et du H2O ;
- traiter ledit gaz de combustion en boucle chimique 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.
- 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 de combustion en boucle chimique pour produire un gaz de combustion en boucle chimique comprenant au moins du CO2 et du H2O ;
- traiter ledit gaz de combustion en boucle chimique 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.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le procédé comprend en outre les étapes suivantes :
- traiter le gaz de combustion en boucle chimique 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.
- traiter le gaz de combustion en boucle chimique 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.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le procédé comprend en outre les étapes suivantes :
- traiter le gaz de combustion en boucle chimique 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.
- traiter le gaz de combustion en boucle chimique 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.
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.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’unité de combustion en boucle chimique 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, de préférence entre 800°C et 1000°C ;
- pression comprise entre 0,1 Mpa et 1 MPa, de préférence entre 0,1 MPa et 0,5 MPa.
- un réacteur opérant en lit fluidisé ;
- température comprise entre 500°C et 1000°C, de préférence entre 800°C et 1000°C ;
- pression comprise entre 0,1 Mpa et 1 MPa, de préférence entre 0,1 MPa et 0,5 MPa.
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 ;
- 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 ;
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.
- 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.
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 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.
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 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.
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.
Liste des figures
La montre une représentation schématique d’un dispositif selon la présente invention permettant de produire des composés aromatiques à partir d’une charge hydrocarbonée riche en oxygène.
Claims (15)
- Dispositif de conversion d’une charge hydrocarbonée riche en oxygène, comprenant :
- 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 de combustion en boucle chimique (13) adaptée pour traiter la charge hydrocarbonée riche en oxygène (30) et produire un gaz de combustion en boucle chimique (32) comprenant au moins du CO2 et du H2O ;
- une unité d’aromatisation adaptée pour traiter le gaz de combustion en boucle chimique 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).
- Dispositif de conversion selon la revendication 1, dans lequel la section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS (50) est adaptée pour traiter le gaz de combustion en boucle chimique (32) et produire un gaz de WGS (51) enrichi en CO2 et en hydrogène ; et la section réactionnelle d'aromatisation du CO2 (52) est adaptée pour traiter au moins en partie le gaz de WGS (51) pour produire l’effluent d’hydrocarbures (58).
- Dispositif de conversion selon la revendication 1, dans lequel la section réactionnelle d'aromatisation du CO2 (52) est adaptée pour traiter le gaz de combustion en boucle chimique (32) pour produire l’effluent d’hydrocarbures (58) ; et la section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS (50) 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 (52) et produire un gaz de WGS (51) enrichi en CO2 et en hydrogène.
- Dispositif de conversion selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une ligne d’appoint pour fournir un apport en H2O (35) dans la section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS (50), et/ou une ligne d'appoint pour fournir un apport en hydrogène (34) dans la section réactionnelle d'aromatisation du CO2 (52).
- Dispositif de conversion selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le train de fractionnement (4-7) est adapté pour extraire une coupe de mono-aromatiques en C9-C10 (25) de la charge.
- Dispositif de conversion selon la revendication 5, comprenant en outre une unité de transalkylation (8) adaptée pour traiter la coupe de mono-aromatiques en C9-C10 (25) avec la coupe comprenant du toluène (23) et produire des xylènes envoyés vers le train de fractionnement (4-7).
- Dispositif de conversion selon la revendication 6, comprenant en outre une unité d’hydrogénolyse sélective (9) adaptée pour :
- traiter la coupe de mono-aromatiques en C9-C10 (25) en amont de l’unité de transalkylation (8) ; et
- produire un effluent d’hydrogénolyse enrichi en composés aromatiques substitués en méthyles (46) envoyé dans l’unité de transalkylation (8).
- Procédé de conversion d’une charge hydrocarbonée riche en oxygène, comprenant les étapes suivantes :
- 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 de combustion en boucle chimique (13) pour produire un gaz de combustion en boucle chimique (32) comprenant au moins du CO2 et du H2O ;
- traiter le gaz de combustion en boucle chimique (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).
- Procédé de conversion selon la revendication 8, comprenant en outre les étapes suivantes :
- traiter le gaz de combustion en boucle chimique (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).
- Procédé de conversion selon la revendication 8, comprenant en outre les étapes suivantes :
- traiter le gaz de combustion en boucle chimique (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.
- Procédé de conversion selon l’une quelconque des revendication 8 à 10, comprenant en outre de fournir un apport en H2 (34) dans la section réactionnelle d'aromatisation du CO2 (52) et/ou un apport en H2O (35) dans la section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS (50).
- Procédé de conversion selon l’une quelconque des revendication 8 à 11, dans lequel l’unité de combustion en boucle chimique (13) 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 et 1 MPa.
- Procédé de conversion selon l’une quelconque des revendications 8 à 12, dans lequel la section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS (50) comprend au moins un réacteur utilisé dans au moins une des conditions opératoires suivantes :
- 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 ;
- Procédé de conversion selon l’une quelconque des revendications 8 à 13, dans lequel la section réactionnelle d'aromatisation du CO2 (52) comprend au moins un réacteur utilisé dans au moins une des conditions opératoires suivantes :
- 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.
- Procédé de conversion selon l’une quelconque des revendications 8 à 14, dans lequel l’unité d’isomérisation (11) 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 et 0,3% en poids, bornes incluses, et
- 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.
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