INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
La fraction lourde d’hydrocarbures contenant une partie d’au moins 50 % en poids possédant un point d’ébullition d’au moins 300°C, et contenant du soufre, du carbone Conradson, des métaux, de l’azote, et des asphaltènes, constitue entre 50 % et 95% poids de la charge, de préférence entre 70% et 95% poids de la charge, et plus préférentiellement entre 80% et 95% poids de la charge.
La fraction plastique de la charge du procédé selon l’invention comprend des plastiques qui eux-mêmes comprennent plus particulièrement des polymères. Ainsi, par fraction plastique, on entend une fraction solide de plastiques comportant un ou plusieurs polymères, et pouvant contenir d’autres composés, tels que des additifs d’origine organique ou inorganique et/ou des impuretés d’usage en particulier issues du cycle de vie des matériaux et objets plastiques, et/ou issues du circuit de collecte et de tri des déchets. Par exemple, les impuretés d’usage peuvent être de type métalliques, organiques ou minérales ; il peut s’agir de résidus d’emballages, de résidus alimentaires ou de résidus compostables (biomasse). Les impuretés d’usage peuvent également comprendre du verre, du bois, du carton, du papier, de l’aluminium, du fer, des métaux, des pneus, du caoutchouc, des silicones, des polymères rigides, des polymères thermodurcissables, des produits ménagers, chimiques ou cosmétiques, des huiles usagées, de l’eau.
Dans la présente description, on désigne par « impuretés plastiques » tous les composés de la fraction plastique qui ne sont pas des polymères et qui ne sont pas susceptibles d’être convertis lors du ou des étapes d’hydroconversion du procédé. Par exemple, certains additifs organiques peuvent être au moins en partie convertis lors de l’hydroconversion, au même titre que les polymères. Ceux-là ne sont donc pas considérés comme impuretés plastiques. En revanche, certains des additifs inorganiques peuvent être éliminés lors de l’hydroconversion, par exemple ceux contenant des métaux, et/ou du soufre, et/ou de l’azote, et/ou de l’oxygène, et/ou d’autres hétéroatomes (Cl, Br, etc.). Ils sont quant à eux considérés comme des impuretés plastiques.
Les plastiques compris dans la fraction plastique de la charge du procédé selon l’invention sont généralement des rebus de production et/ou des déchets, notamment des déchets ménagers, des déchets du bâtiments ou encore des déchets d'équipements électriques et électroniques. De préférence, les déchets plastiques sont issus des filières de collecte et de tri. Les plastiques ou matières plastiques sont généralement des polymères qui sont le plus souvent mélangés à des additifs, en vue de constituer après mise en forme des matériaux et objets diverses (pièces moulées par injections, tubes, films, fibres, tissus, mastics, revêtements, etc.). Les additifs utilisés dans les plastiques peuvent être des composés organiques ou des composés inorganiques. Ce sont par exemple des charges ou « fillers », colorants, pigments, plastifiants, modificateurs de propriétés, retardateur de combustion, etc.
La fraction plastique de la charge du procédé selon l’invention comprend donc des polymères, et en particulier des thermoplastiques. Les polymères compris dans la fraction plastique de la charge peuvent être des polymères d’alcènes, des polymères de diènes, des polymères vinyliques, des polymères styréniques (ex : polystyrène « PS »), des polyesters, et/ou des polyamides. Préférentiellement, les polymères compris dans la fraction plastique de la charge sont des polymères d’alcènes, des polymères de diènes, des polymères vinyliques et/ou des polymères styréniques (ex : polystyrène « PS »). De manière préférée, les polymères compris dans la charge plastique sont des polyoléfines, telles que du polyéthylène (PE), du polypropylène (PP) et/ou des copolymères de l’éthylène et du propylène. Par exemple, la fraction plastique de la charge comprend au moins 50% poids, de préférence au moins 80% poids, de manière préférée au moins 90% poids, et de manière très préférée au moins 94% poids, de polyoléfines par rapport au poids total de la fraction plastique de la charge.
La fraction plastique de la charge peut comprendre des mélanges de polymères, en particulier des mélanges de thermoplastiques et/ou des mélanges de thermoplastiques et autres polymères, et des composés autres que ces thermoplastiques et polymères, notamment les additifs avantageusement utilisés pour formuler la matière plastique et généralement des impuretés d’usage issues du cycle de vie des matériaux et objets plastiques, et/ou issues du circuit de collecte et de tri des déchets. La fraction plastique de la charge du procédé selon l’invention comprend généralement moins de 50% poids de ces additifs et impuretés d’usage, de préférence moins de 20% poids, et de manière préférée moins de 10% poids.
Ladite fraction plastique de la charge peut avantageusement être prétraitée en amont du procédé de manière à au moins éliminer tout ou partie des impuretés d’usage dites grossières, c’est-à-dire des impuretés d’usage sous forme de particules de taille supérieure ou égale 10 mm, de préférence supérieure ou égale à 5 mm, voire supérieure ou égale à 1 mm, par exemple des impuretés d’usage de type bois, papier, biomasse, fer, aluminium, verre, etc., et de la mettre en forme généralement sous forme de particules (solides divisés) de manière à faciliter le traitement dans le procédé. Ce prétraitement peut comprendre une étape de broyage, une étape de lavage à pression atmosphérique et/ou une étape de séchage. Ce prétraitement peut être réalisé sur un site différent, par exemple dans un centre de collecte et de tri des déchets, ou sur le même site où est mis en œuvre le procédé de traitement selon l’invention. De manière préférée, ce prétraitement permet de réduire la teneur en impuretés d’usage à moins de 6% en poids. A l’issue du prétraitement, la charge est généralement stockée sous forme de particules, par exemple sous forme de broyats ou de poudre, de manière à faciliter la manipulation et le transport jusqu’au procédé.
La fraction lourde d’hydrocarbures de la charge du procédé selon l’invention est une fraction lourde d’hydrocarbures contenant une partie d'au moins 50% ayant une température d'ébullition d'au moins 300°C, de préférence d’au moins 350°C, et de manière encore plus préférée d'au moins 375°C.
Cette fraction lourde d’hydrocarbures de la charge peut être un pétrole brut, ou provenir du raffinage d’un pétrole brut ou du traitement d’une autre source hydrocarbonée dans une raffinerie.
De préférence, la fraction lourde d’hydrocarbures de la charge est un pétrole brut, un pétrole brut étêté ou est constituée de résidus atmosphériques et/ou de résidus sous vide issus de la distillation atmosphérique et/ou sous vide d’un pétrole brut.
La fraction lourde d’hydrocarbures de la charge peut aussi être constituée de résidus atmosphérique et/ou sous vide issus de la distillation atmosphérique et/ou sous vide d’effluents provenant d’unités de conversion thermique, d’hydrotraitement, d’hydrocraquage et/ou d’hydroconversion.
La présente invention peut se définir comme un dispositif et un procédé de production et de séparation de composés aromatiques comprenant un enchainement d’opérations unitaires permettant de produire du paraxylène, et optionnellement du benzène, au moyen d’une unité de reformage catalytique et d’une unité d’extraction liquide-liquide pour la séparation de composés aromatiques.
En outre, le dispositif et le procédé de production et de séparation de composés aromatiques selon l’invention comprennent et utilisent des unités catalytiques et des unités de séparation que l’on trouve habituellement dans les complexes aromatiques pour produire du paraxylène et optionnellement du benzène.
Une des caractéristiques de la présente invention consiste en l’injection d’un flux provenant d’un procédé d’extraction liquide-liquide pour la séparation de composés aromatiques, pour augmenter la production de composés aromatiques.
Selon le premier aspect, le dispositif de production et de séparation de composés aromatiques comprend une unité d’extraction liquide-liquide de composés aromatiques, mettant en œuvre un solvant polaire solubilisant préférentiellement les composés aromatiques (A6-A10) des composées non-aromatiques (Naphtène, paraffines, iso-paraffines) et de température d’ébullition supérieure à celui des composés de la charge, tel que par exemple le sulfolane (température d’ébullition de 285°C).
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’unité d’extraction liquide-liquide comprend une colonne d’extraction liquide-liquide, un stripper permettant notamment de garantir la pureté en aromatique benzène par strippage des composés non aromatiques légers (e.g. composés cyclohexane, MéthylCyclopentane, MethylCyclohexane…) potentiellement entrainés par le solvant polaire, et une colonne à distiller permettant la séparation du solvant polaire des aromatiques. La colonne d’extraction liquide-liquide permet de contacter à contre-courant la charge (phase hydrocarbure) et le solvant polaire (phase solvant), qui ne sont pas miscibles. La phase hydrocarbure s’appauvrie en composés aromatiques pour former un raffinat alors que la phase solvant s’enrichie en composés aromatiques. La phase solvant alimente le stripper puis la colonne à distiller qui permet de récupérer en tête les composés aromatiques, et en fond le solvant régénéré qui est renvoyé vers la colonne d’extraction liquide-liquide. Ainsi, l’unité d’extraction liquide-liquide est capable de produire un flux d’aromatiques (e.g. composés A6-A11+, préférablement A6-A11, très préférablement A6-A10]) appelé premier extrait et un flux non aromatique appelé premier raffinat.
Selon le premier aspect, le dispositif de production et de séparation de composés aromatiques comprend en outre une unité de reformage catalytique adaptée pour : - traiter une charge comprenant des naphtas (e.g. naphtas lourds) en présence d’un catalyseur de reformage, par exemple au platine et à l’étain, pour convertir les composés paraffiniques et les naphtènes de la charge en composés aromatiques ; - produire au moins un effluent de reformage (ou reformat) comprenant des composés hydrocarbonés de 6 à 10 atomes de carbone (essentiellement des composés aromatiques) ; - optionnellement produire les gaz riches en hydrogène pouvant être ensuite envoyés vers d’autres unités dans la raffinerie ; - optionnellement séparer l’effluent de reformage, par exemple pour séparer des composés légers en C1 à C4 ; et
- envoyer l’effluent de reformage vers le complexe aromatiques.
Selon le premier aspect, le dispositif de production et de séparation comprend en outre un unité de séparation de charge et un train de fractionnement adaptés pour séparer l’effluent de reformage en une pluralité de coupes, et notamment les coupes suivantes : - une coupe comprenant du benzène ; - une coupe comprenant du toluène ; - une coupe comprenant des aromatiques à 8 atomes de carbone (des xylènes et de l’éthylbenzène) ; - une coupe aromatique à 9 et 10 atomes de carbone ; - optionnellement une coupe aromatiques lourdes dont les espèces les plus volatiles sont des aromatiques à 10 atomes de carbone.
Selon le premier aspect, le dispositif de production et de séparation de composés aromatiques comprend en outre : - une unité de séparation des xylènes adaptée pour traiter la coupe comprenant des aromatiques à 8 atomes de carbone et produire un deuxième extrait comprenant du paraxylène et un deuxième raffinat pouvant comprendre de l’orthoxylène, du métaxylène et de l’éthylbenzène ; et - une unité d’isomérisation adaptée pour traiter le deuxième raffinat provenant de la séparation des xylènes.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’unité d’isomérisation est du type « isomérisante » (i.e., isomérisation de l’éthylbenzène en un mélange de C8 aromatiques) ou « désalkylante » (i.e., désalkylation de l’éthylbenzène en benzène), afin de produire respectivement soit un isomérat enrichi en paraxylène, soit un isomérat enrichi en paraxylène et benzène. L’isomérat est envoyé vers le train de fractionnement.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le dispositif de production et de séparation de composés aromatiques comprend en outre une unité de transalkylation adaptée pour traiter la coupe de mono-aromatiques en C9-C10 avec la coupe comprenant du toluène, et optionnellement au moins une partie de la coupe comprenant du benzène, et produire des xylènes envoyés vers le train de fractionnement.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le dispositif de production et de séparation de composés aromatiques comprend en outre une unité d’hydrogénolyse sélective est adaptée pour : - traiter la coupe de mono-aromatiques en C9-C10 ; - produire un effluent d’hydrogénolyse enrichi en composés aromatiques substitués en méthyles envoyé dans l’unité de transalkylation.
En référence à la , un dispositif de production et de séparation de composés aromatiques de référence comprend : - une unité de reformage catalytique 13 pour traiter une charge comprenant des naphtas 39 (e.g. naphtas lourds) pour produire au moins un effluent de reformage (ou reformat) comprenant des composés hydrocarbonés de 6 à 10 atomes de carbone (essentiellement des aromatiques) qui sont introduits dans l’unité de séparation de charge 1 ; - une unité de séparation de charge 1 pour séparer l’effluent de reformage 40 comprenant des composés aromatiques en une coupe hydrocarbonée comprenant des composés à 6 ou 7 atomes de carbone (C6-C7) 16, une coupe aromatique à 8 atomes de carbone ou plus (A8+) 17, et optionnellement une coupe de tête comprenant des composés légers à 5 atomes de carbone ou moins (C5-) 18; - une unité d’extraction des aromatiques 3 (directement) en aval l’unité de séparation de charge 1 pour séparer des composés aliphatiques du benzène et du toluène de la coupe hydrocarbonée comprenant des composés à 6 ou 7 atomes de carbone (C6-C7) 16 ; - un train de fractionnement 5-6-7 en aval de l’unité d’extraction des aromatiques 3, permettant de séparer du benzène, du toluène, des xylènes et des composés mono-aromatiques en C9-C10 ; - une unité de transalkylation 8 convertissant en xylènes du toluène (et optionnellement du benzène) et des méthylalkylbenzènes tels que des triméthylbenzènes - avantageusement cette unité peut également traiter des tétraméthylbenzènes ; - une unité optionnelle d’hydrogénolyse sélective 9 adaptée pour traiter une coupe comprenant des composés aromatiques à 9 et 10 atomes de carbone et produire un effluent d’hydrogénolyse enrichi en composés aromatiques substitués en méthyles ; - une unité optionnelle de séparation (non montrée) pour séparer l’effluent d’hydrogénolyse disposée (e.g. directement) en aval de l'unité d’hydrogénolyse sélective 9, pour produire une pluralité de coupes d’effluents liquides ; - une unité de séparation des xylènes 10 (e.g. de type cristallisation ou lit mobile simulé utilisant un tamis moléculaire et un désorbant tel que du toluène, paradiéthylbenzène…) permettant d’isoler le paraxylène des xylènes et de l’éthylbenzène ; - une unité d’isomérisation 11 du deuxième raffinat obtenu comme effluent de l’unité de séparation des xylènes 10 pour convertir notamment l’orthoxylène, le métaxylène et l’éthylbenzène en paraxylène ; - une colonne optionnelle de stabilisation 12, permettant notamment de retirer les espèces plus volatiles (e.g. C5-) du complexe aromatique, notamment des effluents de l’unité de transalkylation 8 et/ou de l’unité d’isomérisation 11.
Selon l’invention, le dispositif de production et de séparation de composés aromatiques comprend les éléments tels que représentés sur la et tels que décrit ci-dessus.
En référence à la , le dispositif de production et de séparation de composés aromatiques selon la présente invention, comprend en outre une unité d’extraction liquide-liquide 14 de composés aromatiques adaptée pour traiter une deuxième charge hydrocarbonée 41 ; produire le premier extrait 42 envoyé vers un dispositif de fractionnement benzène-toluène 5 du train de fractionnement 5-6-7; et produire le premier raffinat 43 de composés non aromatiques pouvant être envoyé à l’entrée de l’unité reformage catalytique 13 (se référer à la ), vers une unité de vapocraquage ou pouvant être exporté vers le pool essence.
En référence à la , dans l’unité de reformage catalytique 13 de naphtas, une charge comprenant des naphtas 39 (charge naphta) est traitée pour produire au moins un effluent de reformage 40 comprenant des composés hydrocarbonés de 6 à 10 atomes de carbone (e.g. essentiellement des composés aromatiques). Avantageusement, l’unité de reformage catalytique 13 peut produire également un effluent riche en hydrogène (non représenté) pouvant être envoyé vers d’autres unités comme source d’hydrogène.
La fusion de roche (basalte ou laitier de hauts fourneaux) nécessite généralement un chauffage des matières premières à des températures significativement plus élevées que la fusion de verre ordinaire. Elle est traditionnellement mise en œuvre dans des fours de type cubilot, chauffés avec de grandes quantités de coke à des températures voisines de 1500°C. Les fours à réfractaires, utilisés classiquement pour la fusion de verre, ne supportent en effet pas les températures élevées nécessaires à la fusion de la roche.
De même, les procédés de fibrage de ces laines minérales dépendent directement de leur composition respective, et ne sont donc pas interchangeables.
Ainsi, le procédé de fibrage couramment utilisé pour produire de la fibre de roche est le procédé dit par centrifugation externe. Pour ce dernier, la matière à fibrer est déversée à l’état fondu sur la bande périphérique de roues de centrifugation mues en rotation, est accélérée par ces roues, s’en détache, et est transformée pour partie en fibres sous l’effet de la force centrifuge, un courant gazeux étant émis tangentiellement à la bande périphérique des roues de manière à prendre en charge la matière fibrée en la séparant de la matière non fibrée et à l'acheminer vers un organe récepteur. On peut par exemple se reporter, pour le fibrage par centrifugation externe, à la demande de brevet EP195725.
Un tel procédé de fibrage de la laine de roche est à distinguer de celui couramment utilisé pour la fibre de verre, dit procédé de fibrage par centrifugation interne. Il consiste à introduire un filet de la matière étirable à l’état fondu dans un centrifugeur, encore appelé assiette de fibrage, tournant à grande vitesse. Une telle assiette de fibrage peut alternativement être équipée ou non d’un fond et est percée à sa périphérie par un très grand nombre d’orifices par lesquels la matière est projetée sous forme de filaments sous l’effet de la force centrifuge. Au moyen d’un brûleur de forme annulaire, ces filaments sont alors soumis à l’action d’un courant annulaire gazeux d’étirage à température et vitesse élevées (pouvant atteindre 1000°C pour la température, et 250 m/s pour la vitesse, en fonction du produit souhaité) longeant la paroi du centrifugeur qui les amincit et les transforme en fibres.
Il existe donc des différences notables entre la laine de roche et la laine de verre, tant au regard de leur composition, de leur procédé de fusion, des propriétés physiques (qui en découlent) de la matière fondue sortant du four (température, viscosité etc.), et du procédé de fibrage associé. Concernant ce dernier aspect, il convient de noter qu’un bain de roche fondue ne peut techniquement pas être fibré par centrifugation interne, de même qu’un bain de verre fondu ne peut techniquement pas être fibré par centrifugation externe.
Au regard de ces différences techniques, et dans le contexte d’un recyclage de fibres usagées, il est donc naturel pour une personne du métier de dédier le recyclage de laine de roche à la production de laine de roche exclusivement, et de dédier le recyclage de laine de verre à la production de laine de verre exclusivement, sans jamais envisager de mélanger ces deux domaines techniques distincts.
Le cloisonnement strict existant entre l’utilisation des déchets de laine de verre d’une part, et des déchets de laine de roche d’autre part, présente cependant l’inconvénient de complexifier les filières d’approvisionnement associées, en multipliant les lieux de stockage et/ou les distances de transport.
L’invention revendiquée vise à fournir une solution technique aux inconvénients décrits ci-dessus. Plus particulièrement, dans au moins un mode de réalisation, la technique proposée se rapporte à une composition de matières premières adaptée pour être fondue et fibrée par centrifugation externe pour l’obtention d’une laine minérale, caractérisée en ce qu’elle comprend entre 1 et 62% en masse de laine de verre.
Au sens de l’invention, une composition de matières premières est adaptée pour être fibrée par centrifugation externe dès lors que la température (TLog1) du bain de verre, pour une viscosité dynamique Log 1, est comprise entre 1390 °C et 1490 °C, et que la différence (TLog1 – Tlog3) entre les températures correspondant aux valeurs de viscosités Log 1 et Log 3 est comprise entre 320 °C et 390 °C. De manière connue dans le domaine de la fusion du verre, la viscosité dynamique s’exprime en N Log Poises, ce qui correspond à 10N Poises (0,1 Pa.s), chaque valeur de viscosité correspondant à une température donnée du bain de verre.
L’invention repose sur le concept nouveau et inventif consistant à introduire de la laine de verre dans une composition de matières premières destinée à être fondue puis fibrée par centrifugation externe, procédé de fibrage usuellement réservé à la production de laine de roche. L’ajout de fibres de verre qui, de par leur composition, ne sont initialement pas adaptées à un fibrage par centrifugation externe, introduit une difficulté technique supplémentaire pour une personne du métier en charge de la fusion et du fibrage. En dépit de ces difficultés techniques, un tel ajout de laine de verre permet à un opérateur de gagner en flexibilité dans le choix des matières premières à utiliser, et ainsi de saisir des opportunités pouvant être offertes temporairement par des filières de recyclage organisées à proximité des installations de fusion et de fibrage. A noter de plus qu’une personne du métier dispose des outils et connaissances générales pour, sur la base d’essais de routine et tel que détaillé dans la description, adapter le reste de la composition de sorte que cette dernière satisfasse aux spécifications techniques d’un fibrage par centrifugation externe.
Selon un mode de réalisation particulier, ladite composition de matières premières comprend un pourcentage massique de laine de verre supérieur ou égal à 3%, préférentiellement supérieur ou égal à 5%, préférentiellement supérieur ou égal à 10%, préférentiellement supérieur ou égal à 15%, préférentiellement supérieur ou égal à 20%, préférentiellement supérieur ou égal à 25%.
Selon un mode de réalisation particulier, ladite composition de matières premières comprend un pourcentage massique de laine de verre inférieur ou égal à 58%, préférentiellement inférieur ou égal à 55%, préférentiellement inférieur ou égal à 50%, préférentiellement inférieur ou égal à 45%, préférentiellement inférieur ou égal à 40%, préférentiellement inférieur ou égal à 35%.
Selon un mode de réalisation particulier, la laine de verre entrant dans ladite composition de matières premières est au moins en partie ensimée. Au sens de l’invention, l’expression « laine de verre ensimée » désigne ici de la laine minérale constituée de fibres minérales portant à leur surface un liant organique insoluble et infusible, déjà réticulé.
Selon un mode de réalisation particulier, la laine de verre entrant dans ladite composition de matières premières est au moins en partie vierge. Au sens de l’invention, l’expression « laine de verre vierge » désigne de la laine verre obtenue par centrifugation interne, dont les fibres ne sont pas liées les unes aux autres au moyen d’un liant organique, par opposition à une laine de verre ensimée. Une telle laine de verre vierge est typiquement utilisée en tant que laine à souffler pour l’isolation de combles. Les fibres de laine vierge peuvent être enrobées d’une mince couche d’ensimage ou de lubrifiant.