Brevet FR3129939A1 — publié le 20230609

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de conversion de composés aromatiques, dans lesquels on isomérise les composés aromatiques d’une charge hydrocarbonée (1) comprenant des composés aromatiques ayant 9 atomes de carbone, dans une unité d’isomérisation (A), en présence d’un catalyseur d’isomérisation bifonctionnel possédant une fonction hydro/déshydrogénante et une fonction hydroisomérisante, pour produire un effluent d’isomérisation (10) enrichi en tri-méthyle-benzènes. La présente invention concerne également un procédé et un dispositif de production de composés aromatiques comprenant le procédé et le dispositif de conversion de composés aromatiques. Figure 1 à publier Dispositif et procédé de conversion des aromatiques à 9 atomes de carbones L’invention porte sur la conversion d’aromatiques dans le cadre de la production d’aromatiques pour la pétrochimie (benzène, toluène, paraxylène, orthoxylène). Le complexe aromatique (dispositif de production d’aromatiques) est alimenté par des charges C6 à C10+, les alkyles aromatiques y sont extraits puis convertis en intermédiaires souhaités. Les produits d’intérêt sont des aromatiques avec 0, 1 ou 2 méthyles, les xylènes ayant la plus forte valeur marchande. Il convient donc de disposer de groupes méthyles. Ainsi, l’invention porte sur l’augmentation de la quantité de groupements méthyle disponibles dans le complexe aromatique par la conversion de chaines alkyles à plus de 2 carbones, et notamment la conversion d’aromatiques à 9 atomes de carbones, i.e., coupe A9. Pour la conversion des coupes A9, des techniques de l’art antérieur sont connues telles que les réactions de déalkylation (perte de 2 carbones) et d’hydrogénolyse (perte d’un atome de carbone). Une réaction de déalkylation est une réaction de substitution, dans une molécule, d'un atome d'hydrogène à un radical alkyle. Une réaction d’hydrodéalkylation est une réaction de déalkylation dans laquelle la suppression du groupe alkyle des molécules de type aromatiques est effectuée en présence d’hydrogène. Spécifiquement, il s’agit d’une coupure terminale de la chaine alkyle au « raz » du noyau. La catalyse peut être de type acide, utilisée notamment sur les chaines alkyles à 2 carbones et plus mais très peu performante pour les méthyles, ou de type métallique, lorsqu’on souhaite notamment convertir les méthyles. La conversion des méthyles est utilisée notamment pour la réduction du point de coupe des essences pour laquelle toutes les molécules doivent perdre des carbones, ou pour la production de benzène pour laquelle la réaction est poussée au maximum pour ne conserver que le noyau aromatique. Une réaction d’hydrogénolyse est une réaction chimique par laquelle une liaison covalente carbone-carbone ou carbone-hétéroatome est décomposée ou subit une lyse par action d'hydrogène. Une réaction d’hydrodéalkylation peut donc être considérée comme une réaction d’hydrogénolyse de la liaison carbone-carbone entre un alkyle et un noyau aromatique. En revanche, une réaction d’hydrogénolyse concerne également les liaisons carbone-carbone interne au groupement alkyle à 2 carbones ou plus. On peut citer par exemple que les éthyle-toluènes peuvent être convertis en xylènes par hydrogénolyse (voir FR3069244A1) ou en toluène par déalkylation par un mécanisme réactionnel utilisé actuellement dans les unités de transalkylation. La demande FR3069244A1 concerne notamment une unité d’hydrogénolyse sélective traitant une charge riche en composés aromatiques ayant plus de 8 atomes de carbone, et consistant à transformer un ou plusieurs groupe(s) alkyle(s) à au moins deux atomes de carbone (éthyle, propyle, butyle, isopropyle, etc..) fixé(s) sur un noyau benzénique en un ou plusieurs groupe(s) méthyle(s). Dans le contexte précédemment décrit, un premier objet de la présente description est de surmonter les problèmes de l’art antérieur et de fournir un procédé de production d’aromatiques pour la pétrochimie permettant une sélectivité et un rendement améliorés en composés méthylés. La présente invention concerne la réaction isomérisation (aucune perte de carbone) d’aromatiques à 9 atomes de carbones ayant des chaines à alkyles à 2 ou 3 atomes de carbone. Il s’agit donc d’isomériser en tri-méthyle-benzènes (TMB) les 5 corps suivant : cumène, n-propylbenzène, o-méthyl-éthylbenzène, m- éthyltoluène et p- éthyltoluène, afin d’augmenter la quantité de groupes méthyle disponible. Avantageusement, par transalkylation avec du toluène, on peut alors augmenter la production nette en xylènes et notamment en p-xylène d’un complexe aromatique. Selon un premier aspect, les objets précités, ainsi que d’autres avantages, sont obtenus par un procédé de conversion de composés aromatiques, comprenant les étapes suivantes : - isomériser les composés aromatiques (e.g. cumène, n-propylbenzène, o- éthyltoluène, m- éthyltoluène et p-éthyltoluène) d’une charge hydrocarbonée comprenant des composés aromatiques ayant 9 atomes de carbone, dans une unité d’isomérisation, en présence d’un catalyseur d’isomérisation bifonctionnel possédant une fonction hydro/déshydrogénante et une fonction hydroisomérisante, pour produire un effluent d’isomérisation enrichi en tri-méthyle-benzènes. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’isomérisation des composés aromatiques de la charge hydrocarbonée est effectuée dans au moins une des conditions opératoires suivantes : - température comprise entre 250°C et 450°C préférentiellement comprise entre 355°C et 390°C, telle qu’une température de 385°C ; - pression comprise entre 0,1 MPa absolus et 3 MPa absolus, préférentiellement comprise entre 0,2 MPa absolus et 1,5 MPa absolus ; - rapport molaire H 2 /HC compris entre 1 et 5, et préférentiellement compris entre 3 et 4,5, tel qu’un rapport molaire de H 2 /HC de 4 ; - PPH comprise entre 1 h -1 et 30 h -1 , préférentiellement comprise entre 3 h -1 et 12 h -1 , le terme PPH correspondant au poids de charge hydrocarbonée injecté par heure et rapporté au poids de catalyseur chargé. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur d’isomérisation comprend au moins un métal du groupe VIIIB de la classification périodique des éléments en tant que fonction hydro/déshydrogénante, au moins un tamis moléculaire en tant que fonction hydroisomérisante, et optionnellement au moins une matrice. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la charge comprend des composés aromatiques à 9 atomes de carbones ayant des chaines à alkyles à 2 ou 3 atomes de carbone, tels que le cumène, le n-propylbenzène, le o-méthyl-éthylbenzène, le m-éthyltoluène et le p-éthyltoluène. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le procédé de conversion comprend l’étape suivante : - traiter l’effluent d’isomérisation dans une unité de séparation disposée, optionnellement directement, en aval de l’unité d’isomérisation, pour produire au moins une première coupe de séparation et une coupe de composés non-convertis recyclée vers l’entrée de l’unité d’isomérisation. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le procédé de conversion comprend l’étape suivante : - traiter la charge hydrocarbonée dans une unité d’extraction disposée, optionnellement directement, en amont de l’unité d’isomérisation pour extraire des tri-méthyle-benzènes et produire une charge hydrocarbonée appauvrie en tri-méthyle-benzènes envoyée vers l’unité d’isomérisation. Selon un deuxième aspect, les objets précités, ainsi que d’autres avantages, sont obtenus par un procédé de production de xylènes intégrant le procédé de conversion selon le premier aspect, et comprenant l’étape suivante : - envoyer tout ou partie de l’effluent d’isomérisation enrichi en tri-méthyle-benzènes dans un complexe aromatique, et préférablement dans une unité de transalkylation, pour produire des xylènes. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le procédé de conversion de composés aromatiques est intégré à un complexe aromatique selon au moins une des configurations suivantes : - prétraitement de la charge hydrocarbonée en amont du complexe aromatique ; - traitement d’au moins une coupe interne au complexe aromatique. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le procédé de production de xylènes comprend l’étape suivante : - envoyer un effluent (e.g. essentiellement) aromatique comprenant des composés de 9 à 10 atomes de carbone (C9-C10) d’une colonne de xylène du complexe aromatique vers l’unité d’isomérisation en tant que charge hydrocarbonée. Selon un troisième aspect, les objets précités, ainsi que d’autres avantages, sont obtenus par un dispositif de conversion de composés aromatiques, comprenant une unité d’isomérisation adaptée pour isomériser les aromatiques (e.g. cumène, n-propylbenzène, o- éthyltoluène, m- éthyltoluène et p-éthyltoluène) d’une charge hydrocarbonée comprenant des composés aromatiques ayant 9 atomes de carbone, en présence d’un catalyseur d’isomérisation bifonctionnel possédant une fonction hydro/déshydrogénante et une fonction hydroisomérisante, pour produire un effluent d’isomérisation enrichi en tri-méthyle-benzènes. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur d’isomérisation comprend au moins un métal du groupe VIIIB de la classification périodique des éléments en tant que fonction hydro/déshydrogénante, au moins un tamis moléculaire en tant que fonction hydroisomérisante, et optionnellement au moins une matrice. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le dispositif de conversion comprend : - une unité de séparation disposée, optionnellement directement, en aval de l’unité d’isomérisation, adaptée pour traiter l’effluent d’isomérisation pour produire au moins une première coupe de séparation et une coupe de composés non-convertis recyclée vers l’entrée de l’unité d’isomérisation. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le dispositif de conversion comprend : - une unité d’extraction disposée, optionnellement directement, en amont de l’unité d’isomérisation adaptée pour traiter la charge hydrocarbonée pour extraire des tri-méthyle-benzènes et produire une charge hydrocarbonée appauvrie en tri-méthyle-benzènes envoyée vers l’unité d’isomérisation. Selon un quatrième aspect, les objets précités, ainsi que d’autres avantages, sont obtenus par un dispositif de production de xylènes intégrant le dispositif de conversion de composés aromatiques selon le troisième aspect, et comprenant : - une ligne d’alimentation adaptée pour envoyer tout ou partie de l’effluent d’isomérisation enrichi en tri-méthyle-benzènes dans un complexe aromatique, et préférablement dans une unité de transalkylation, pour produire des xylènes. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le dispositif de conversion est intégré au complexe aromatique selon au moins une des configurations suivantes : - prétraitement de la charge hydrocarbonée (e.g. d’une partie de la charge d’entrée) en amont du complexe aromatique ; - traitement d’au moins une coupe interne au complexe aromatique. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le dispositif de production de xylènes comprend : - une ligne d’alimentation adaptée pour envoyer un effluent (e.g. essentiellement) aromatique comprenant des composés de 9 à 10 atomes de carbone (C9-C10) d’une colonne de xylène du complexe aromatique vers l’unité d’isomérisation en tant que charge hydrocarbonée. Des modes de réalisation selon les aspects précités ainsi que d’autres caractéristiques et avantages des dispositifs et procédés selon les aspects précités vont apparaître à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et en référence aux dessins suivants. Liste des figures La représente un dispositif de conversion de composés aromatiques selon un ou plusieurs modes de réalisation de la présente invention, comprenant une unité d’isomérisation, une unité optionnelle d’extraction des tri-méthyle-benzènes disposée directement en amont de l’unité d’isomérisation, et une la colonne optionnelle de séparation des produits, sous-produits, intermédiaires réactionnels et espèces non-converties. La représente un complexe aromatique pour la production de paraxylène intégrant un dispositif de conversion de composés aromatiques selon un ou plusieurs modes de réalisation de la présente invention. Procédé de conversion de composés aromatiques, comprenant l’étapes suivante : - isomériser les composés aromatiques d’une charge hydrocarbonée (1) comprenant des composés aromatiques ayant 9 atomes de carbone, dans une unité d’isomérisation (A), en présence d’un catalyseur d’isomérisation bifonctionnel possédant une fonction hydro/déshydrogénante et une fonction hydroisomérisante, pour produire un effluent d’isomérisation (10) enrichi en tri-méthyle-benzènes. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’isomérisation des composés aromatiques de la charge hydrocarbonée (1) est effectuée dans au moins une des conditions opératoires suivantes : - température comprise entre 250°C et 450°C préférentiellement comprise entre 355°C et 390°C, telle qu’une température de 385°C ; - pression comprise entre 0,1 MPa absolus et 3 MPa absolus, préférentiellement comprise entre 0,2 MPa absolus et 1,5 MPa absolus ; - rapport molaire H 2 /HC compris entre 1 et 5, et préférentiellement compris entre 3 et 4,5, tel qu’un rapport molaire de H 2 /HC de 4 ; - PPH comprise entre 1 h -1 et 30 h -1 , préférentiellement comprise entre 3 h -1 et 12 h -1 , le terme PPH correspondant au poids de charge hydrocarbonée injecté par heure et rapporté au poids de catalyseur chargé. Procédé de conversion selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le catalyseur d’isomérisation comprend au moins un métal du groupe VIIIB de la classification périodique des éléments en tant que fonction hydro/déshydrogénante, au moins un tamis moléculaire en tant que fonction hydroisomérisante, et optionnellement au moins une matrice. Procédé de conversion selon l’une quelconque des revendications précédentes, la charge hydrocarbonée (1) comprend des composés aromatiques à 9 atomes de carbones ayant des chaines à alkyles à 2 ou 3 atomes de carbone. Procédé de conversion selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant l’étape suivante : - traiter l’effluent d’isomérisation (10) dans une unité de séparation (G) disposée, optionnellement directement, en aval de l’unité d’isomérisation (A), pour produire au moins une première coupe de séparation (11) et une coupe de composés non-convertis (13) recyclée vers l’entrée de l’unité d’isomérisation (A). Procédé de conversion selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant l’étape suivante : - traiter la charge hydrocarbonée (1) dans une unité d’extraction (H) disposée, optionnellement directement, en amont de l’unité d’isomérisation (A) pour extraire des tri-méthyle-benzènes et produire une charge hydrocarbonée appauvrie en tri-méthyle-benzènes (15) envoyée vers l’unité d’isomérisation (A). Procédé de production de xylènes intégrant le procédé de conversion l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant l’étape suivante : - envoyer tout ou partie de l’effluent d’isomérisation (10) enrichi en tri-méthyle-benzènes dans un complexe aromatique pour produire des xylènes. Procédé de production de xylènes selon la revendication 7, dans lequel le procédé de conversion est intégré au complexe aromatique selon au moins une des configurations suivantes : - prétraitement de la charge hydrocarbonée (1) en amont du complexe aromatique ; - traitement d’au moins une coupe interne au complexe aromatique. Procédé de production de xylènes selon la revendication 8, comprenant l’étape suivante : - envoyer un effluent aromatique comprenant des composés de 9 à 10 atomes de carbone d’une colonne de xylène (M) du complexe aromatique vers l’unité d’isomérisation (A) en tant que charge hydrocarbonée (1). Dispositif de conversion de composés aromatiques, comprenant : - une unité d’isomérisation (A) adaptée pour isomériser les composés aromatiques d’une charge hydrocarbonée (1) comprenant des composés aromatiques ayant 9 atomes de carbone, en présence d’un catalyseur d’isomérisation bifonctionnel possédant une fonction hydro/déshydrogénante et une fonction hydroisomérisante, pour produire un effluent d’isomérisation (10) enrichi en tri-méthyle-benzènes. Dispositif de conversion selon la revendication 10, comprenant : - une unité de séparation (G) disposée, optionnellement directement, en aval de l’unité d’isomérisation (A), adaptée pour traiter l’effluent d’isomérisation (10) pour produire au moins une première coupe de séparation (11) et une coupe de composés non-convertis (13) recyclée vers l’entrée de l’unité d’isomérisation (A). Dispositif de conversion selon la revendication 10 ou la revendication 11, comprenant - une unité d’extraction (H) disposée, optionnellement directement, en amont de l’unité d’isomérisation (A) adaptée pour traiter la charge hydrocarbonée (1) pour extraire des tri-méthyle-benzènes et produire une charge hydrocarbonée appauvrie en tri-méthyle-benzènes (15) envoyée vers l’unité d’isomérisation (A). Dispositif de production de xylènes intégrant le dispositif de conversion l’une quelconque des revendications 10 à 12, comprenant : - une ligne d’alimentation adaptée pour envoyer tout ou partie de l’effluent d’isomérisation (10) enrichi en tri-méthyle-benzènes dans un complexe aromatique pour produire des xylènes. Dispositif de production de xylènes selon la revendication 13, dans lequel le dispositif de conversion est intégré au complexe aromatique selon au moins une des configurations suivantes : - prétraitement de la charge hydrocarbonée (1) en amont du complexe aromatique ; - traitement d’au moins une coupe interne au complexe aromatique. Dispositif de production de xylènes selon la revendication 14, comprenant : - une ligne d’alimentation adaptée pour envoyer un effluent aromatique comprenant des composés de 9 à 10 atomes de carbone d’une colonne de xylène (M) du complexe aromatique vers l’unité d’isomérisation (A) en tant que charge hydrocarbonée (1).