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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie des procédés J 5 920 − 1 Traitement des essences aromatiques pour la pétrochimie par Fabio ALARIO Ingénieur ESCIL (École supérieure de chimie industrielle de Lyon) Docteur de l’Université Pierre et Marie Curie Ingénieur de recherche à l’Institut français du pétrole (IFP) Michel BARRAQUÉ Ingénieur IGC (Institut du génie chimique de Toulouse) Expert à la Direction stratégie-économie-programme de l’IFP et Christian MARCILLY Ingénieur ENSPM (École nationale supérieure du pétrole et des moteurs) Docteur d’État Directeur de recherche associé Institut français du pétrole (IFP) es hydrocarbures aromatiques, qui sont principalement obtenus par refor- mage catalytique, ont pour principal débouché la production de carburants. Dans une moindre mesure, ils doivent aussi répondre à la demande en matières premières aromatiques de l’industrie pétrochimique, principalement orientée vers le benzène, l’orthoxylène et surtout le paraxylène, isomère le plus recherché parmi les trois xylènes. L’unité de vapocraquage ne produit, en quantités signi- ﬁcatives, que du benzène et du toluène qui peut être converti en benzène puis en éthylbenzène. Les essences de reformage et de vapocraquage subissent toute une série de traitements permettant la séparation physique du benzène (B), du toluène (T) et des xylènes (X). Ces derniers étant obtenus dans des proportions non adaptées à la demande, il est alors nécessaire de procéder à des transformations complémentaires : — conversion des aromatiques par hydrodésalkylation du toluène en benzène ; — isomérisation des xylènes et de l’éthylbenzène ; 1. Schéma global d’un « complexe aromatique »............................... J 5 920 - 3 2. Modes physiques de séparation .......................................................... — 3 2.1 Distillation .................................................................................................... — 3 2.2 Cristallisation ............................................................................................... — 3 2.3 Adsorption.................................................................................................... — 3 2.4 Distillation azéotropique ............................................................................. — 3 2.5 Distillation extractive................................................................................... — 4 2.6 Extraction par solvant ................................................................................. — 4 3. Traitement de la coupe C8 aromatique.............................................. — 6 3.1 Caractéristiques des composants .............................................................. — 6 3.2 Séparation de l’éthylbenzène et de l’orthoxylène .................................... — 6 3.3 Séparation du paraxylène........................................................................... — 6 4. Procédés de conversion des aromatiques ........................................ — 9 4.1 Hydrodésalkylation...................................................................................... — 9 4.2 Isomérisation des aromatiques en C8........................................................ — 9 4.3 Dismutation/transalkylation du toluène..................................................... — 11 Références bibliographiques ......................................................................... — 12 L TRAITEMENT DES ESSENCES AROMATIQUES POUR LA PÉTROCHIMIE ____________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. J 5 920 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie des procédés — désalkylation de l’éthylbenzène ; — dismutation/transalkylation du toluène, etc. Les principaux débouchés du benzène sont, par ordre d’importance décroissante, les fabrications de l’éthylbenzène (conduisant au styrène et au polystyrène), du cumène, du cyclohexane et du nitrobenzène, qui font l’objet d’articles séparés dans le présent traité. Le toluène est essentiellement transformé par désalkylation ou dismuta- tion-transalkylation, utilisé comme solvant, comme constituant d’essences, ou bien converti en toluènediisocyanate ou en caprolactame. Quant aux xylènes, l’isomère méta a pour seul débouché la production d’acide isophtalique. La quasi-totalité de l’orthoxylène sert à la fabrication d’anhydride phtalique. L’isomère para, le plus recherché, est l’intermédiaire de synthèse conduisant pour plus des 2/3 à l’acide téréphtalique et pour le reste au téréphta- late de diméthyle essentiellement, précurseurs des résines polyesters. Les mélanges de xylènes contenant également de l’éthylbenzène sont employés comme solvant ou comme constituant d’essence. Figure A – Les quatre isomères aromatiques en C8 et le toluène 1. Schéma global d’un « complexe aromatique » La ﬁgure 1 présente l’ensemble des étapes de séparation et de puriﬁcation en vue de la production de BTX à partir de charges aro- matiques provenant essentiellement du reformage catalytique et de la pyrolyse (vapocraquage) de naphtas. Cette « essence aromatique » subit un traitement préliminaire par fractionnement et/ou par hydrogénations sélectives (surtout pour l’essence de pyro- lyse). Les produits non aromatiques sont ensuite éliminés par extrac- tion par solvant. Le benzène et le toluène purs sont obtenus par distillation. La production de benzène peut être optimisée par hydro- désalkylation du toluène. Lorsque la coupe aromatique provient d’un reformat, et si l’on souhaite produire de l’orthoxylène (oX), ce dernier est obtenu par distillation des aromatiques en C8 (par superfractionnement). Le pX est séparé ensuite par cristallisation, ou bien et surtout par adsorp- tion. Le rafﬁnat, riche en métaxylène (mX), est enﬁn traité par iso- mérisation catalytique qui redonne un mélange d’aromatiques en C8 , dans lequel la proportion des xylènes est pratiquement celle de l’équilibre thermodynamique, et d’où il faut à nouveau séparer les produits recherchés. On crée de cette manière une véritable « boucle aromatique » qui permet en déﬁnitive d’épuiser la totalité du mX ou, le cas échéant, d’effectuer un soutirage de C8 en mélange, pour des usages déterminés. Les coupes aromatiques à traiter par la boucle pour produire des xylènes doivent être d’une pureté sufﬁsante. Le reformage cataly- tique à basse sévérité et le vapocraquage fournissant des essences contenant des parafﬁnes, celles-ci doivent être extraites par un solvant. En revanche, le reformage catalytique à haute sévérité (tel le procédé Aromizing de l’IFP) produit directement par distillation une coupe « de cœur » pratiquement exempte de parafﬁnes, et qui peut être utilisée telle quelle. Après séparation du benzène et du toluène, les coupes aromatiques riches en C8 ont la composition moyenne donnée dans le tableau 1. La répartition en 1994 des différentes sources d’aromatiques pour les besoins de la chimie était la suivante : • 65,5 % pour les reformats ; • 29 % pour les essences de pyrolyse ; • 5,5 % pour le charbon. La conversion du toluène représente le 1/6e de la quantité d’aro- matiques produite par reformage catalytique. Notons que les efﬂuents de l’unité de dismutation/transalkyla- tion, faisant partie intégrante du complexe aromatique, constituent par recyclage une charge traitée par cette boucle. ___________________________________________________________________________ TRAITEMENT DES ESSENCES AROMATIQUES POUR LA PÉTROCHIMIE Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie des procédés J 5 920 − 3 (0) Les améliorations et les perfectionnements développés ces dernières années au niveau du complexe aromatique, et qui inter- viendront dans les années à venir, concernent les différents points suivants : — les reformages régénératifs à haute sévérité (basse pression) aux rendements en BTX accrus, avec la possibilité de séparer et de purifier plus aisément les composés aromatiques ; — la séparation du pX par adsorption sur tamis moléculaire, qui a permis d’accroître considérablement le taux de récupération ; — conjointement à l’isomérisation catalytique des xylènes, la transformation de l’éthylbenzène (EB) des coupes C8 aromatiques, par isomérisation en xylènes ou désalkylation en benzène ; — la dismutation ou la transalkylation qui, à partir de toluène et d’hydrocarbures aromatiques à 9 atomes de carbone ou plus (C9+), permettent la production accrue de benzène et surtout de xylènes. 2. Modes physiques de séparation Les principales techniques, pour extraire à un haut degré de pureté les composés aromatiques des essences produites soit par vapo- craquage, soit par reformage catalytique, sont la distillation, la cristallisation, l’adsorption, la distillation azéotropique, la distillation extractive et l’extraction par solvant. 2.1 Distillation Au cours de ces dernières années, le fractionnement simple est resté d’un emploi très limité et n’a en fait été utilisé que pour la sépa- ration de l’EB et de l’oX ; encore s’agit-il dans ce cas de super-frac- tionnements (cf. § 3.2). 2.2 Cristallisation Cette méthode n’est potentiellement applicable qu’à deux produits aromatiques : — le benzène (température de fusion : 5,55 oC) ; — le para-xylène (température de fusion : 13,3 oC). La cristallisation présente un intérêt économique pour le traite- ment des coupes à haute teneur en benzène (benzols houillers et coupe C6 de pyrolyse). Un tel procédé, développé par Newton Chambers, n’a cependant jusqu’ici été utilisé que pour les benzols houillers. L’application la plus importante et la plus connue est la séparation du pX de ses isomères (cf. § 3.3). 2.3 Adsorption Le principal intérêt de l’adsorption est la possibilité de séparer, avec des rendements plus élevés que la cristallisation, le pX de ses isomères dans les coupes C8 aromatiques. La récupération de l’EB contenu dans ces mêmes coupes peut éga- lement être réalisée par adsorption sélective. Les principaux procédés sont commercialisés par UOP sous le nom générique de Sorbex (Parex pour le pX, Ebex pour l’EB...) et par l’IFP sous le nom d’Eluxyl. Une version hybride du procédé Eluxyl associant séparations par cristallisation et par adsorption a également été développée par l’IFP . 2.4 Distillation azéotropique La distillation simple ne permet pas de séparer les produits aro- matiques et non aromatiques : les différences de volatilités sont très faibles et il se forme de nombreux azéotropes. La distillation azéotropique repose sur la formation d’azéotropes à partir des hydrocarbures non aromatiques et d’un solvant polaire de basse température d’ébullition (alcools, cétones, aldéhydes et nitriles, purs ou additionnés d’eau). Lorsque le solvant forme un hétéro-azéotrope, sa séparation se trouve facilitée. Cette méthode ne peut s’appliquer qu’à une coupe étroite ne contenant qu’un composé aromatique majoritaire. Elle nécessite donc une installation indépendante pour chacun d’entre uploads/Industriel/ traitement-des-essences-aromatiques-pour-la-petrochimie.pdf