INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, un apport en H2 34 optionnel (préférablement alimenté par la section optionnelle d’électrolyse de l’eau 55) peut être envoyé dans la section d'aromatisation du CO2 52, par exemple en étant ajouté au gaz d’oxycombustion 32 ou à l’effluent gazeux 64 ou au gaz de WGS 51. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport molaire H2/(CO2+CO) du gaz d’oxycombustion 32 ou de l’effluent gazeux 64 en entrée de la section réactionnelle de WGS 50, est compris entre 2 et 8, préférablement entre 2,5 et 6, très préférablement entre 2,5 et 4. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport molaire H2/(CO2+CO) du gaz d’oxycombustion 32 ou du gaz de WGS 51 en entrée de la section d'aromatisation du CO2 52, est compris entre 2 et 8, préférablement entre 2,5 et 6, très préférablement entre 2,5 et 4.
La réaction de WGS est bien connue de l'homme du métier (voir par exemple Journal of Catalysis, volume 229, 2005, pages 265-275 ; et Renewable and Sustainable Energy Reviews, volume 93, 2018, pages 549-565).
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la section réactionnelle de WGS 50 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 et 5 MPa, préférentiellement comprise entre 0,2 et 4 MPa, et plus préférentiellement comprise entre 0,5 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) ; - une vitesse spatiale du gaz à l'entrée du réacteur comprise entre 1000 et 30000 mL/g cata /h ;
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le réacteur de la section réactionnelle de WGS 50 est adapté pour fonctionner en lit fluidisé ou lit fixe.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la réaction de WGS est effectuée en présence d'un catalyseur, tel qu’un catalyseur à base de métaux de transition. Par exemple, le catalyseur peut comprendre du fer et peut optionnellement être promu avec du chrome ou du cuivre. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur comprend au moins 50% poids de Fe2O3, préférablement au moins 65% poids de Fe2O3 par rapport au poids total du catalyseur. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur comprend en outre entre 2 et 20 % poids de Cr2O3 et/ou de CuO, préférablement entre 5 et 15% poids de Cr2O3 ou de CuO par rapport au poids total du catalyseur. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur comprend en outre entre 0,01 et 1% poids de MgO, préférablement entre 0,1 et 0,5% poids de MgO par rapport au poids total du catalyseur.
La colonne de benzène 4 est adaptée pour : traiter la coupe aromatique 20 qui est une charge hydrocarbonée (e.g. essentiellement) aromatique en C6-C10 (A6+) ; produire en tête la coupe comprenant du benzène 41 qui est envoyée au moins partiellement vers l’unité de transalkylation 8 ; et produire en fond un effluent (e.g. essentiellement) aromatique en C7-C10 27 (A7+).
La colonne de toluène 5 est adaptée pour : traiter l’effluent aromatique en C7-C10 27 (A7+), produit de fond de la colonne de benzène 4 ; produire en tête la coupe comprenant du toluène 23 qui est dirigée vers l’unité de transalkylation 8 ; et produire en fond un effluent (e.g. essentiellement) aromatique en C8-C10 28 (A8+).
La troisième colonne de distillation de composés aromatiques 6, appelée également colonne de xylène, est adaptée pour : traiter la coupe aromatique à 8 atomes de carbone ou plus 17 (A8+) de la charge du complexe aromatique et optionnellement l’effluent de fond de la colonne de toluène 28 ; produire en tête la coupe comprenant des xylènes 24 qui est envoyée au moins partiellement vers l’unité de transalkylation 8 ; et produire en fond la coupe (e.g. essentiellement) comprenant des aromatiques en C9-C10 29 (A9+).
Dans l’unité de transalkylation 8, la coupe comprenant du benzène 41 en provenance de la tête de la colonne de benzène 4 est mélangée à la coupe comprenant des xylènes 24 en provenance de la tête de la colonne de xylènes 6, et alimente la section réactionnelle de l’unité de transalkylation 8 pour produire du toluène par transalkylation d’aromatiques en défaut de groupes méthyles (benzène), et en excès de groupes méthyles (xylènes).
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’unité de transalkylation 8 comprend au moins un premier réacteur de transalkylation adapté pour être utilisé dans au moins une des conditions opératoires suivantes : - température comprise entre 200°C et 600°C, préférentiellement comprise entre 350°C et 550°C, et plus préférentiellement encore comprise entre 380°C et 500°C ; - pression comprise entre 2 MPa et 10 MPa, préférentiellement comprise entre 2 MPa et 6 MPa, et plus préférentiellement comprise entre 2 MPa et 4 MPa ; - PPH comprise entre 0,5 et 5 h -1 , préférentiellement comprise entre 1 h -1 et 4 h -1 , et plus préférentiellement comprise entre 2 h -1 et 3 h -1 .
Le terme PPH correspond au poids de charge hydrocarbonée horaire injecté rapporté au poids de catalyseur chargé.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le premier réacteur de transalkylation est opéré en présence d’un catalyseur comprenant de la zéolithe, par exemple de la ZSM-5. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le deuxième réacteur de transalkylation est de type lit fixe.
En sortie de l’unité de transalkylation 8, l’effluent de transalkylation 21 enrichi en toluène (par rapport aux coupes 41 et 24) est envoyé vers le train de fractionnement 4-6, et préférablement dans l’unité optionnelle de séparation de charge 1. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’effluent de transalkylation 21 comprend au moins 30% poids de toluène, préférablement au moins 40% poids de toluène.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les effluents de la section réactionnelle de l’unité de transalkylation 8 sont séparés dans une colonne de séparation (non représentée) directement en aval de ladite section réactionnelle de l’unité de transalkylation 8.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, une coupe comprenant au moins une partie du benzène et les espèces plus volatiles (C6-) est extraite en tête de la colonne de séparation est envoyé vers la colonne de benzène 4, et préférablement dans l’unité optionnelle d’extraction des aromatiques 3. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la coupe comprenant au moins une partie du benzène et les espèces plus volatiles (C6-) est envoyée vers une colonne optionnelle de stabilisation (non représentée), permettant notamment de retirer les espèces plus volatiles (e.g. C5-) du complexe aromatique. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, une coupe comprenant (e.g. essentiellement) des aromatiques comprenant au moins 7 atomes de carbone (A7+) est extraite en fond de la colonne de séparation et est envoyée vers le train de fractionnement 4-6, et préférablement dans l’unité optionnelle de séparation de charge 1 ou la colonne de benzène 4.
Dans la section réactionnelle d’alkylation 10, du toluène issu de la colonne de toluène 5 est alkylé par le CO présent dans l’effluent comprenant du CO2 non converti et du CO 62 (et comprenant optionnellement de l'H2O) formés dans la section réactionnelle d’aromatisation 52, pour produire un effluent enrichi en para-tolualdéhyde 63, comprenant préférablement au moins 90% poids de para-tolualdéhyde, très préférablement au moins 95% poids de para-tolualdéhyde, et un effluent gazeux 64 comprenant des gaz n’ayant pas été convertis dans la section réactionnelle d’alkylation 10. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’effluent gazeux 64 comprend (essentiellement) du CO2 et du CO non convertis, et optionnellement du H2O. L’effluent gazeux 64 est recyclé à l’entrée de la section de WGS 50.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la section réactionnelle d’alkylation 10 comprend au moins un réacteur d’alkylation adapté pour être utilisé dans au moins une des conditions opératoires suivantes : - température comprise entre 20°C et 100°C ; - pression comprise entre 2 et 15 MPa, préférablement entre 5 et 10 MPa ; - PPH comprise entre 0,5 et 50 h -1 .
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la réaction d’alkylation du toluène par le CO est réalisée en présence d’un catalyseur acide, tel qu’un catalyseur adapté pour conduire à une attaque électrophile du noyau toluène par du CO. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur acide est un catalyseur superacide, tel qu’un catalyseur comprenant de l’acide trifluoromethanesulfonique, du HF-SbF5, une zircone sulfatée, et/ou un liquide ionique à base de chloroaluminates comprenant par exemple de la N-méthyl imidazole. Avantageusement, la réaction d’alkylation du toluène par le CO est très sélective en isomère para (>99%), par exemple à 25°C ±5°C et à une pression partielle de CO égale à 7,5 MPa ±1MPa.
Dans l’unité d’hydro-désalkylation 9, les composés aromatiques à 9 et 10 atomes de carbone 29 provenant de la troisième colonne de distillation de composés aromatiques 6 sont convertis en présence d’hydrogène 36 en benzène et en méthane pour former un effluent enrichi en benzène et en méthane 60 envoyé au moins partiellement vers la section de transalkylation 8.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’unité d’hydro-désalkylation 9 est opérée dans au moins une des conditions opératoires suivantes : - réacteur en lit fixe ; - température comprise entre 400-650 °C ; - pression comprise entre 3-5 MPa ; - présence d’un catalyseur à base de Cr2O3, Mo2O3, CoO, et/ou Rh, par exemple sur support alumine (Al2O3).
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’unité d’hydro-désalkylation 9 est opérée avec un catalyseur comprenant du Cr2O3, Mo2O3, et/ou CoO, par exemple sur support alumine (Al2O3), et la température est comprises entre 500-650 °C. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’unité d’hydro-désalkylation 9 est opérée avec un catalyseur comprenant du Rh, par exemple sur support alumine (Al2O3), et la température est comprises entre 400-480°C.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le dispositif comprend en outre une unité de séparation de charge adaptée pour séparer la première charge hydrocarbonée en au moins : - une coupe hydrocarbonée à 7 atomes de carbone ou moins envoyée vers une colonne de benzène du train de fractionnement ; et - une coupe aromatique à 8 atomes de carbone ou plus envoyée vers une colonne de xylènes du train de fractionnement.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’unité de séparation de charge est en outre adaptée pour produire une deuxième coupe comprenant du toluène envoyée vers la colonne de benzène et/ou la colonne de toluène.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le dispositif comprend en outre une unité d’extraction des aromatiques entre l’unité de séparation de charge et le train de fractionnement adaptée pour séparer la coupe hydrocarbonée à 7 atomes de carbone ou moins en au moins : - un effluent comprenant des espèces aliphatiques envoyée vers l’unité d’oxycombustion ; et - une coupe aromatique envoyée vers la colonne de benzène.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’unité d’extraction des aromatiques est en outre adaptée pour traiter l’effluent 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 première coupe comprenant du toluène, une coupe comprenant des xylènes, et une coupe comprenant des composés aromatiques à 9 et 10 atomes de carbone ; - traiter la coupe comprenant du benzène et la coupe comprenant des xylènes dans une unité de transalkylation pour produire un effluent de transalkylation enrichi en toluène envoyé vers le train de fractionnement ; - envoyer la coupe comprenant des composés aromatiques à 9 et 10 atomes de carbone et de l’hydrogène dans une unité d’hydro-désalkylation des aromatiques pour produire un effluent enrichi en benzène et contenant du méthane envoyé à la section de transalkylation ; - alkyler la première coupe comprenant du toluène avec du CO dans une section réactionnelle d’alkylation pour produire un effluent enrichi en para-tolualdéhyde et un effluent gazeux comprenant des gaz non convertis ; - traiter l’effluent gazeux comprenant des gaz non convertis dans une 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 une section réactionnelle d'aromatisation du CO2 pour produire un effluent d’hydrocarbures comprenant des composés aromatiques, - alimenter la première charge hydrocarbonée avec l’effluent d’hydrocarbures ; - traiter la charge hydrocarbonée riche en oxygène dans une unité d’oxycombustion pour produire un gaz d’oxycombustion comprenant au moins du CO, du CO2 et du H2O ; et - envoyer le gaz d’oxycombustion dans la section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS ou 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 le gaz d’oxycombustion ou l’effluent gazeux pour alimenter en H2 la section réactionnelle d'aromatisation du CO2 ; et/ou de fournir un apport en H2O dans le gaz d’oxycombustion ou l’effluent gazeux ou le gaz de WGS pour alimenter en H2O la section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’unité d’oxycombustion comprend au moins un réacteur utilisé dans au moins une des conditions opératoires suivantes : - réacteur opérant en lit fluidisé ; - température comprise entre 500°C et 1000°C ; - pression comprise entre 0,1 MPa et 3 MPa ; - injection d’un gaz comprenant au moins 80% poids d’oxygène.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la section réactionnelle de conversion du gaz à l'eau WGS 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/g cata /h et 30000 mL/g cata /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 ; - pression comprise entre 0,1 MPa et 10 MPa ; - vitesse spatiale du gaz à l'entrée du réacteur comprise entre 500 mL/g cata /h et 3000 mL/g cata /h.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’unité de transalkylation comprend au moins un premier réacteur de transalkylation adapté pour être utilisé dans au moins une des conditions opératoires suivantes : - température comprise entre 200°C et 600°C ; - pression comprise entre 2 MPa et 10 MPa ; - PPH comprise entre 0,5 h -1 et 5 h -1 .
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’unité d’hydro-désalkylation est opérée dans au moins une des conditions opératoires suivantes : - réacteur en lit fixe ; - température comprise entre 400°C et 650°C ; - pression comprise entre 3 MPa et 5 MPa ; - présence d’un catalyseur à base de Cr2O3, Mo2O3, CoO, et/ou Rh.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la section réactionnelle d’alkylation comprend au moins un réacteur d’alkylation adapté pour être utilisé dans au moins une des conditions opératoires suivantes : - température comprise entre 20°C et 100°C ; - pression comprise entre 2 MPa et 15 MPa ; - PPH comprise entre 0,5 h -1 et 50 h -1 .
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 du para-tolualdéhyde à partir d’une charge hydrocarbonée riche en oxygène.
Des modes de réalisation du dispositif selon le premier aspect et du procédé selon le deuxième aspect vont maintenant être décrits en détail. Dans la description détaillée suivante, de nombreux détails spécifiques sont exposés afin de fournir une compréhension plus approfondie du dispositif. Cependant, il apparaîtra à l’homme du métier que le dispositif peut être mis en œuvre sans ces détails spécifiques. Dans d’autres cas, des caractéristiques bien connues n’ont pas été décrites en détail pour éviter de compliquer inutilement la description.
Dans la présente demande, le terme « comprendre » est synonyme de (signifie la même chose que) « inclure » et « contenir », et est inclusif ou ouvert et n’exclut pas d’autres éléments non récités. Il est entendu que le terme « comprendre » inclut le terme exclusif et fermé « consister ». En outre, dans la présente description, un effluent comprenant essentiellement ou uniquement des composés A correspond à un effluent comprenant au moins 90% en poids, préférablement au moins 95% en poids, très préférablement au moins 99% en poids, de composés A.
Un optimum pour le couple (α, ε) peut être calculé afin de maximiser le débit dans la position d’ouverture du goulot 130, le débit étant fonction de l’angle θ d’ouverture maximale du goulot 130, de la perte de charge au niveau de la section interne du goulot au niveau de la gorge 260, et de la perte de charge liée à la hauteur du couvercle 145 par rapport au goulot 130.
Il convient de souligner que la hauteur du couvercle 145 par rapport au goulot 130 est liée au type de liaison choisie entre le bouchon 140 et la bague 125. Il peut s’agir d’une hauteur fixe et nulle dans le cadre d’une liaison pivot non glissant ou d’une hauteur variable dans le cas d’une liaison hélicoïdale.
L’ergot 155 coulissant dans la gorge 260 correspond avantageusement à au moins une partie d’une couronne dans le cas d’une liaison pivot non glissant ou d’une hélice formée à l’intérieur de la jupe 160 du bouchon 140 dans le cas d’une liaison hélicoïdale. L’ergot 155 peut être indépendamment continu ou discontinu.
Afin de permettre la rotation du bouchon 140, le bord droit 141 de la jupe 160 est soit retiré par exemple au moment de la fabrication ou lors de la première utilisation du bouchon 140 formant ainsi une ouverture, soit configuré afin de s’articuler par rapport au couvercle 145 ou à la jupe 160 du bouchon 140, formant ainsi un plat articulable.
Dans la présente figure, le bord droit 141 correspond à une languette s’articulant par rapport au bord courbe 142 de la jupe 160, épousant une forme cylindrique.
Alternativement, comme illustré en , le bord droit 141 correspond à une languette s’articulant par rapport au couvercle 145.
Un tenon 315 formé à l’intérieur de la languette 310 peut permettre d’améliorer l’étanchéité du dispositif 100 de stockage dans la position fermée, en coopérant avec un bossage 316 présenté par le col 120. La coopération du tenon 315 avec le bossage 316 permet d’apporter une contrainte selon l’axe de rotation 121.
Le bouchon 140 peut être en liaison pivot non glissant avec la bague 125, comme illustré en coupe en . L’ergot 155 se trouvant contraint selon l’axe de rotation 121 par la butée 150 formée par une paroi d’une gorge circulaire 410 configurée en périphérie de la bague 125 du col 120.
Alternativement, comme illustré en coupe en , le bouchon 140 peut coopérer avec la bague 125 par l’intermédiaire d’une liaison hélicoïdale, formée par deux pas de vis complémentaires, l’un formé à l’intérieur du bouchon 140 et l’autre en périphérie du col 120. L’ergot 155 étant alors configuré pour entrer en contact de la butée 150 qui est ici en saillie de la bague 125 du col 120. Il convient de souligner que les positions de l’ergot 155 et de la butée 150 sont configurées en des points prédéterminés des pas de vis complémentaires afin de limiter la course de la liaison hélicoïdale et empêcher le bouchon 140 d’être extrait facilement du col 120, tout en respectant l’angle de rotation maximal admissible pour maintenir la liaison hélicoïdale.
Dans le cas de la présence d’un élément de liaison complémentaire de type gorge, la liaison hélicoïdale peut être assurée uniquement par la liaison entre la gorge 260 et l’ergot 155. La butée 150 peut alors être configurée comme une extrémité de la gorge 260, comme illustré en qui est une vue en coupe de la bague 125 avec le bouchon 140 en position d’ouverture. Il convient de souligner que grâce à la liaison hélicoïdale, un espace supplémentaire permettant l’écoulement du liquide est obtenu. Cet espace supplémentaire correspondant à un éloignement du bouchon 140 par rapport l’extrémité du goulot 130, présente une hauteur h.
Dans tous les cas, comme illustré en , l’étanchéité entre le bouchon 140 et le goulot 130 peut être amélioré par l’ajout d’un relief 550 sur la face interne du bouchon 140, en regard du goulot 130. Le relief 550 est configuré pour épouser la périphérie du goulot 130 en entrant en partie à l’intérieur du goulot 130. En d’autres termes, le bouchon 140 comporte une empreinte en relief de la périphérie du goulot 130.
La hauteur du relief 550 est configurée pour permettre une rotation du bouchon 140 par rapport à la bague 125, le bouchon 140 étant généralement configuré par l’utilisation d’une matière de type plastique pour se déformer légèrement de manière élastique.
Autre exemple de mode de réalisation La est une vue de dessus d’un dispositif 300 de stockage d’un liquide selon une variante de réalisation de l’invention dans laquelle le dispositif 300 de stockage comprend un contenant 310 comprend un col 320 dont l’extrémité libre est terminée par une bague 325 présente une périphérie entièrement circulaire. Un goulot 330 formé à l’intérieur du col 320 présente quant à lui une section non circulaire, par exemple tronquée sur un bord.
Le dispositif 300 de stockage comprend également un bouchon 340 configuré pour fermer le goulot 330 de manière étanche, et présentant une jupe 345 circulaire et un couvercle 350.
Le couvercle 350 du bouchon 340 comprend une section pleine 351, destinée à couvrir intégralement le goulot 330 dans la position fermée, et une ouverture 352 adjacente à la section pleine 351, destinée à laisser le goulot 330 en partie libre dans la position ouverte.
Il convient de souligner que la forme du goulot 330 peut être quelconque.
Dans le cas d’une liaison pivot non glissant entre le bouchon et la bague, la butée peut être uniquement de type axial dans le sens de l’axe de rotation du bouchon par rapport à la bague en formant par exemple une gorge dans laquelle la butée complémentaire du bouchon, tel qu’un ergot, vient s’insérer.
Dans le cas d’une liaison hélicoïdale entre le bouchon et la bague, la contrainte axiale est imposée par la liaison hélicoïdale qui est généralement formée par des filetages coopérant entre eux, placés respectivement à l’intérieur de la jupe et à l’extérieur de la bague. La butée est alors configurée pour limiter la rotation du bouchon par rapport à la bague d’un angle défini qui peut être par exemple un quart de tour ou un demi-tour, en limitant la course de la butée complémentaire.
La butée et la butée complémentaire sont généralement configurées en relief, c’est-à-dire en creux ou en bosse, de telle sorte à ce que l’une des deux vienne au contact ou en appui de l’autre.
Il convient de souligner que la butée du contenant est distincte de la butée formée par l’extrémité ouverte de la bague sur laquelle vient s’appuyer la face interne du couvercle dans la position d’obturation pour assurer l’étanchéité du goulot.
Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, la périphérie de la bague du col comporte une partie circulaire, colinéaire d’un cercle de rayon R, et une partie, dite tronquée, correspondant à une troncature dudit cercle sur un angle α.