République Algérienne Démocratique et Populaire Faculté des sciences de l’ingén
République Algérienne Démocratique et Populaire Faculté des sciences de l’ingénieur Département de génie des procédés Présentée par : Toumari Fatima Zohra Guemiche chaima Belounis hadil Session M1 : pétrochimie et raffinage Mml : Hamouche 2021/2022 Procédé UOP-PAREX Sommaire Résumé Introduction 1 Les xylènes 1.1 Généralités 1.1.1 Historique 1.1.2 Utilisations Xylène technique Paraxylène, ortho xylène, méta xylène et éthylbenzène 1.1.3 Propriétés physico-chimiques 2 Production des xylènes 2.1 Procédés de séparation des xylènes Procédé complet de traitement des aromatiques Production du paraxylène Séparation du paraxylène par adsorption 3 Lit Mobile Simulé Principe Mise en œuvre technologique Conclusion Liste des figures Figure 1 : Boucle de production de paraxylène Figure 2 : Représentation des molécules d'orthoxylène (OX), de métaxylène (MX), de paraxylène (PX) et d'éthylbenzène (EB) Figure 3 : Principales utilisations des isomères du xylène [Fabri et al., 2000] Figure 4 : Schéma de base des traitements des aromatiques d'après Figure 5 : Schéma simplifié de la boucle aromatique servant à la production de PX Figure 6 : Schéma du LMS pour la séparation du PX Figure 7 : Schéma du procédé UOP à vanne rotative (procédé Sorbex) incluant les distillations d'extrait (DE) et de raffinat (DR). Figure 8 : Schéma d'une unité de Lit Mobile Simulé multi colonnes. Figure 9 : Schéma de principe de l'unité One-column réactif Liste des tableaux Tableau 1 : Données thermodynamiques des xylènes [Fabri et al., 2000] Tableau 2 : Répartition de la production mondiale de xylène en 1994 Résumé : Le procédé PAREX d’UOP (Universal Oil Products) est un procédé basé sur le lit mobile simulé (SMB) pour la récupération du p-xylène à partir de xylènes mélangés. Les unités industrielles SMB fonctionnent en phase liquide (T = 180 ° C et P = 9 bar) et présentent une pureté et une récupération élevées du p-xylène, une efficacité élevée en cours d’exécution et une durée de vie prolongée de l’adsorbant. Dans ce travail, le processus PAREX est étudié du point de vue de la modélisation, de la simulation et de l’optimisation. L’adsorption des xylènes en phase liquide sur la zéolite de type fuajasite échangée par ions a été mesurée en mode batch. Le modèle de Langmuir a été utilisé pour décrire les données expérimentales de l’isotherme d’adsorption. L’étude cinétique a montré que la diffusion des macrospores est le mécanisme de contrôle de la vitesse. L’unité PAREX l’opération a été modélisée avec la stratégie de modélisation « ture moving bed TMB » ; le « volume de séparation » la méthodologie est appliquée pour la conception de l’unité SMB en présence de résistance de transfert de masse. L’influence de le temps de communication et les exigences de pureté et de récupération de p- xylène sur la productivité de l’unité ont té étudiés. Les conditions de fonctionnement optimales qui conduisent à une productivité maximale du p-xylène et un minimum de désorbant consommation ont également été déterminés. Les mots clé : simulated moving bed « SMB », xylène, PAREX. Introduction La production de paraxylène (PX) paraît parfaitement adaptée à ce type de réacteur multifonctionnel. En effet, l'unité clé de ce procédé est une unité de séparation par adsorption en Lit Mobile Simulé (LMS) qui permet la récupération de PX pur d'un coté et des autres aromatiques en C8 (orthoxylène, métaxylène et éthylbenzène) de l'autre. Cette unité est, à cause de l'équilibre d'isomérisation défavorable au PX, principalement alimentée par un flux de recyclage provenant d'une unité d'isomérisation qui transforme les C8 aromatiques (MX, OX et EB) récupérés en sortie de ce même LMS (figure 1). Figure 1 : Boucle de production de paraxylène. On peut penser qu'un réacteur multifonctionnel de type Lit Mobile Simulé Réactif (LMSR) permettrait de réduire la taille du réacteur d'isomérisation et de tous les éléments de la boucle de recyclage (pompes, distillations,…). Tout comme le LMS, le LMSR est un procédé chromatographique qui permet de séparer les constituants d'un mélange grâce à un contre- courant fluide/solide. Dans le cas des xylènes, la réaction est intégrée en intercalant des réacteurs entre les lits d'adsorbants. L'ajout de la réaction rend l'étude du système réactif encore un peu plus difficile qu'elle ne l'est déjà en séparation seule. En effet, cela signifie qu'il faut, en plus des 24 lits d'adsorbant habituellement utilisés, intégrer un certain nombre de réacteurs. L'objectif de la thèse est donc de développer une méthodologie d'étude des systèmes LMSR appliquée à la production de PX. Cette méthodologie repose sur : une unité pilote originale : le One-column réactif, basée sur le concept One column, un modèle de l'unité, permettant de valider les points expérimentaux obtenus un modèle complet de LMSR permettant de valider un système de type industriel. La première partie, consacrée à l'étude bibliographique, permettra d'aborder le domaine d'application de la méthodologie, la production de PX, et d'appréhender l'ensemble des phénomènes et les technologies étudiés jusqu'à présent dans les procédés de type LMS et LMSR. La deuxième partie est consacrée à la présentation de la méthodologie et des outils mis en place pour l'élaborer. La méthodologie est ensuite appliquée au LMS sans réaction dans la troisième partie de la thèse. Une première étude, par simulation, est suivie de la partie expérimentale de la thèse. Les résultats expérimentaux sont appuyés par des résultats de simulation obtenus avec les différents simulateurs de LMS et de On e-column. Enfin, n'ayant pas eu le temps d'aborder le LMSR du point de vue expérimental, la quatrième partie sera constituée d'une étude par simulation du LMSR appliqué à la production de PX. Cette étude nous permettra d'aborder la conclusion sur l'avenir de la méthodologie pour l'étude du LMS et sur l'avenir du LMSR en tant que système de production de PX. Mots clé : LMS lit mobile simulé, PX parex ou p-xylène 1 Les xylènes 2.1 Généralités Le terme xylène désigne le diméthylbenzène qui est un dérivé du benzène. De formule C8H10, les xylènes se trouvent en général sous la forme d'un mélange de composés aromatiques dont le point d'ébullition est compris entre 135 et 145°C. Ce mélange est principalement constitué des trois isomères du diméthylbenzène (ortho, méta et paraxylène) et d'éthylbenzène : Figure 2 : Représentation des molécules d'orthoxylène (OX), de métaxylène (MX), de paraxylène (PX) et d'éthylbenzène (EB) 1.1.1 Historique Les xylènes ont été découverts en 1850 dans des essences naturelles de bois par Cahours. Ils tirent leur dénomination du grec xylon qui signifie bois. De 1865 à 1877, les différents isomères du xylène ont été mis en évidence [Fabri et al. 2000]. Le charbon fut pendant longtemps la principale source de xylènes et de composés aromatiques en général. Les xylènes ont d'abord servi comme solvant dans l'industrie chimique et dans la parfumerie puis de matière première à l'industrie pharmaceutique. Cependant, la séparation des trois isomères étant difficilement réalisable à cause de leurs propriétés physico-chimiques trop proches, les niveaux de pureté et les quantités produites étaient trop faibles pour assurer le développement d'une chimie des xylènes. L'apparition de l'industrie pétrolière de masse au début du 20ème siècle a permis le développement d'une chimie des C8 aromatiques qui, dans les années soixante s'est fortement développée avec la généralisation du reformage catalytique dans les raffineries et l'apparition de nouvelles méthodes de séparation. L'industrie pétrochimique pouvait dès lors fournir une quantité suffisante de xylènes pour qu'une chimie basée sur ces composés se développe. 1.1.2 Utilisations La forme simple de ces molécules de xylène en fait des substances de base de la pétrochimie, de la plasturgie et d'autres chimies plus spécialisées. Xylène technique Le xylène technique (ou commercial) est un mélange des quatre isomères aromatiques en C8. Il est utilisé dans la fabrication de peintures, de colles, de vernis ou d'encres d'imprimeries, et en tant que solvant pour la synthèse d'insecticides, de produits pharmaceutiques et dans l'industrie du caoutchouc. Son utilisation dans les produits à usage courant tend à diminuer car la toxicité des xylènes pousse à leur substitution (peintures, encres et vernis) [Brignon et Sureau, 2006]. Paraxylène, orthoxylène, métaxylène et éthylbenzène Les principales utilisations des différents constituants du xylène technique sont résumées sur la figure 1-2. L'isomère le plus utilisé est le PX [Brignon et Sureau, 2006]. Il sert principalement de molécule de base pour la fabrication du polyéthylène téréphtalate (PET) dont la consommation mondiale est importante. Figure 3 : Principales utilisations des isomères du xylène [Fabri et al., 2000] 1.1.3 Propriétés physico-chimiques Le tableau 1-1 présente quelques données thermodynamiques des xylènes. Tableau 1 : Données thermodynamiques des xylènes [Fabri et al., 2000] Les faibles écarts entre les différentes températures d'ébullition limitent l'usage de la séparation par distillation à l'OX dont la température d'ébullition est légèrement plus élevée. Notons par contre l'écart significatif entre le point de fusion du PX et ceux des autres isomères. Cette propriété à longtemps été exploitée pour séparer le PX des autres isomères par cristallisation. 2 Production des xylènes Nous allons détailler ici les procédés de production des xylènes et les méthodes de séparation utilisées pour produire les différents isomères qui revêtent une importance particulière. En effet, si la capacité de production mondiale annuelle de paraxylène uploads/Industriel/ procede-uop-parex.pdf
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- Publié le Oct 03, 2021
- Catégorie Industry / Industr...
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