Brevet FR3126981A1 — publié le 20230317

L’invention concerne un procédé de purification d’une charge issue d’un procédé de dépolymérisation de composés styréniques, nommée charge du procédé de purification, comprenant au moins une étape de séparation produisant un extrait riche en composés léger, un raffinat riche en composés lourds, et un flux riche en styrène, et une étape de séparation du flux riche en styrène en au moins un flux comprenant majoritairement de l’éthylbenzène, un flux comprenant majoritairement du styrène et un flux de composés lourds. Figure 3 Procédé de purification d’une charge issue d’un procédé de dépolymérisation de composés styréniques Domaine technique de l’invention La présente invention est relative au domaine des procédés de séparation du styrène. Art antérieur Le styrène est un monomère très largement utilisé dans l’industrie, que ce soit par exemple pour la production de polystyrène, dont les domaines d’application sont multiples, ou la production d’élastomères tels que le caoutchouc styrène-butadiène (SBR). Il peut être obtenu de multiples façons, la principale étant par la déshydrogénation de l’éthylbenzène, ou dans une moindre mesure par l’oxydation de l’éthylbenzène suivie de la réaction sur le propylène puis de la déshydratation du produit obtenu. Dans une optique de réduction de pression sur les ressources fossiles, des développements récents ont porté sur la dépolymérisation de composés styréniques. Quelle que soit la méthode utilisée, le styrène produit doit être purifié afin d’atteindre les spécifications requises par les procédés de polymérisation. Les puretés requises, typiquement plus de 99,8% poids en styrène, conduisent à mettre en œuvre des procédés de séparation conséquents, en termes de nombre d’étapes et de consommation énergétique. Le document US 2,457,361 décrit un procédé permettant de séparer le styrène d’une charge issue de la production de styrène par déshydrogénation de l’éthylbenzène, en séparant dans un premier temps le benzène et le toluène, puis les composés plus lourds que le styrène, et enfin l’éthylbenzène par un enchaînement de sept colonnes de distillation dont la plupart sont opérées sous vide afin de limiter l’exposition à la température du styrène. Cet enchaînement complexe est principalement la conséquence de la forte teneur en éthylbenzène de la charge à traiter. Les charges issues de procédés de dépolymérisation de composés styréniques présentent des teneurs en éthylbenzène plus faibles que les procédés « classiques » dans lesquels le styrène est un produit de réaction de l’éthylbenzène. Toutefois, ces charges comprennent une teneur plus importante en composés dits « lourds », c’est-à-dire dont la température d’ébullition est supérieure à celle du styrène, et nécessitent d’être refroidies rapidement afin d’éviter la polymérisation du styrène. Le document WO 2020/144165 décrit la séparation du styrène d’une charge issue de la pyrolyse de résidus styréniques en procédant dans un premier temps à la séparation des composés lourds, puis la séparation de l’éthylbenzène, et enfin la séparation des composés inhibiteurs de polymérisation. La charge est refroidie rapidement au niveau du plateau d’alimentation de la première colonne de distillation. Ce document enseigne que les composés « lourds » sont particulièrement visqueux et nécessitent d’être séparés tôt dans le procédé de purification du styrène. Ces caractéristiques des composés lourds nécessitent une conception particulière des plateaux de séparation des colonnes à distiller et de leurs rebouilleurs. Poursuivant ses recherches, la demanderesse a découvert un enchainement d’étapes permettant de traiter une charge issue d’un procédé de dépolymérisation de composés styréniques afin d’obtenir un flux comprenant majoritairement du styrène aux spécifications nécessaires pour alimenter un procédé de polymérisation, avec en particulier des teneurs très faibles en composés « lourds », dont par exemple l’alpha-méthyl-styrène. Procédé de purification d’une charge issue d’un procédé de dépolymérisation de composés styréniques, nommée charge du procédé de purification, comprenant au moins les étapes suivantes : Une étape de séparation mettant en œuvre une colonne de distillation alimentée en fond de colonne par la charge du procédé de purification et produisant en tête de colonne un extrait riche en composés léger, en fond un raffinat riche en composés lourds, et par un soutirage latérale un flux riche en styrène, ladite colonne ayant pour seul apport de chaleur ladite charge du procédé de purification ; Une étape de séparation du flux riche en styrène en au moins un flux comprenant majoritairement de l’éthylbenzène, un flux comprenant majoritairement du styrène et un flux de composés lourds. Procédé de purification selon la revendication 1 dans lequel la charge du procédé de purification comprend au plus 10% poids d’éthylbenzène, de préférence au plus 5% poids d’éthylbenzène et de manière préférée au plus 3% poids d’éthylbenzène. Procédé de purification selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la charge du procédé de purification comprend au moins 10% poids de composés dont le point d’ébullition est supérieur à celui du styrène. Procédé de purification selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la température de la charge du procédé de purification est supérieure à 300°C, préférentiellement comprise entre 300°C et 400°C. Procédé de purification selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le procédé de dépolymérisation de composés styréniques est un procédé de pyrolyse et la charge issue du réacteur de pyrolyse alimente directement l’étape a) du procédé de purification, sans opération intermédiaire de refroidissement, chauffe, ou séparation. Procédé de purification selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la colonne de distillation de l’étape a) comprend de 5 à 20 étages théoriques, de préférence au plus 15 étages théoriques, de manière préférée de 8 à 12 étages théoriques. Procédé de purification selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le condensateur de la colonne de distillation de l’étape a) est opéré à une température comprise entre 30°C et 50°C, l’effluent vapeur de ce condensateur étant ensuite refroidi à une température comprise entre -5°C et 10°C. Procédé de purification selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel un inhibiteur de polymérisation du styrène est alimenté en tête de colonne dans l’étape a) du procédé. Procédé de purification selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’étape b) de séparation comprend deux sections de séparations successives : Une première section de séparation alimentée par le flux riche en styrène issu de l’étape a) et permettant de séparer un flux comprenant majoritairement de l’éthylbenzène et un raffinat styrénique, mise en œuvre dans une colonne de distillation comprenant de 60 à 100 étages théoriques, et opérée à une pression inférieure ou égale à 0,25 bara en tête de colonne, Une deuxième section de séparation alimentée par le raffinat styrénique issu de la première section de séparation et produisant un flux comprenant majoritairement du styrène et un flux de composés lourds, mise en œuvre dans une colonne de distillation comprenant de 40 à 100 étages théoriques, de manière préférée comprenant de 40 à 70 étages théoriques, et opérée à une pression inférieure ou égale à 0,25 bara en tête de colonne. Procédé de purification selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel l’étape b) de séparation est mise en œuvre dans une colonne à distiller à paroi interne alimentée par le flux riche en styrène issu de l’étape a) et produisant en tête de colonne un flux comprenant majoritairement de l’éthylbenzène, en fond de colonne un flux de composés lourds et en tant que soutirage latéral, dans une section séparée de la section d’alimentation de la colonne par une paroi interne, un flux comprenant majoritairement du styrène, ladite colonne à paroi interne comprenant de 70 à 130 étages théoriques et étant opérée à une pression inférieure ou égale à 0,25 bara en tête de colonne. Procédé de purification selon la revendication précédente dans lequel la colonne à distiller à paroi interne est constituée d’une partie commune inférieure comprenant de 8 à 12 étages théoriques, d’une partie commune supérieure comprenant de 8 à 12 étages théoriques et d’une partie divisée comprenant le reste des étages théoriques. Procédé de purification selon la revendication 10 dans lequel la colonne à distiller à paroi interne est constituée d’une partie commune inférieure comprenant de 2 à 12 étages théoriques, préférentiellement de 2 à 10 étages théoriques, et très préférentiellement de 2 à 4 étages théoriques, et d’une partie divisée comprenant le reste des étages théoriques.