INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Lors de l’extrusion, la fraction plastique est de préférence progressivement chauffée à une température supérieure à sa température de fusion de manière à fondre. Avantageusement, au moins 80% en poids de la fraction plastique est sous forme liquide (fondue) à l'issue de l'extrusion, très avantageusement au moins 90% en poids, préférentiellement au moins 95% en poids, voire 98% en poids. Comme décrit plus haut, la fraction plastique contient en général d'autres composés que des polymères, notamment des impuretés plastiques. Certaines de ces composés non polymériques, y compris les impuretés plastiques, peuvent être insolubles et/ou comporter un point de fusion plus élevé que le ou les polymères de la fraction plastique. Même si la totalité du ou des polymères fondent, une partie de la fraction liquide, en tenant compte des composés non polymériques, peut donc rester sous une forme solide. Ceci est vrai pour toutes les étapes décrites ci-dessous dans lesquelles un chauffage aboutit à la liquéfaction totale ou presque de la fraction plastique.
La température d’extrusion est fonction de la composition en polymère(s) de la fraction plastique (nature et proportion(s) du/des polymères). Elle peut aussi dépendre d’un diluant plastique 107 ajouté à la fraction plastique lors de l’extrusion.
De préférence, l’extrudeuse 10 est opérée à une température comprise entre une température de 25°C inférieure à la température de fusion de la fraction plastique et une température de 25°C supérieure à la température de fusion de la fraction plastique.
Dans le cas où la fraction plastique comprend un mélange de polymères, l’extrudeuse 10 est opérée à une température comprise entre une température de 25°C inférieure à la température de fusion du polymère le moins réfractaire (i.e. qui a la température de fusion la plus basse) de la fraction plastique et une température de 25°C supérieure à la température de fusion du polymère le plus réfractaire (i.e. qui a la température de fusion la plus haute) de la fraction plastique. Avantageusement, la fraction plastique est de préférence progressivement chauffée dans l’extrudeuse 10 à une température supérieure à la température de fusion du polymère qui a le point de fusion le plus haut.
A titre indicatif, la température de fusion du polypropylène (PP) est d’environ 170°C, la température de fusion du polyéthylène (PE) est comprise entre environ 85°C et 140°C, et la température de fusion du polystyrène est comprise entre environ 240°C et 270°C.
La température de l’extrusion est de préférence telle qu’on limite la dégradation thermique du ou des polymères qui pourrait aboutir à la formation de solides indésirables. Par exemple, la température de l’extrusion est avantageusement inférieure à 200°C, notamment dans le cas où la fraction plastique comprend principalement du PE. Elle peut être avantageusement inférieure à 300°C dans le cas où la fraction plastique comprend principalement du PS.
De préférence, l’extrudeuse 10 est opérée à une température comprise entre 60°C et 295°C, plus préférentiellement entre 60° et 195°C.
Avantageusement, l’extrudeuse 10 est opérée à une température comprise entre 60°C et 165°C, de manière à fondre une fraction plastique comportant principalement du PE en tant que polymère.
Avantageusement, l’extrudeuse 10 est opérée à une température comprise entre 145°C et 195°C, de manière à fondre une fraction plastique comportant principalement du PP en tant que polymère.
Plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention sont présentés par la suite. Il est entendu que la présente invention n’est nullement limitée par ces modes de réalisation particuliers et que d’autres modes de réalisation peuvent parfaitement être mis en œuvre.
Une méthode générale pouvant être mise en œuvre par un opérateur de four pour élaborer une composition selon l’invention est détaillée dans la suite de la description.
Au cours d’une première étape, une composition cible qui satisfait les critères de viscosité pour être fibrée par centrifugation externe est sélectionnée. Au sens de l’invention, une telle composition est adaptée pour être fibrée par centrifugation externe si la température (TLog1) du bain de verre pour une viscosité dynamique Log 1 est comprise entre 1390 °C et 1490 °C, et si la différence de température (TLog1 – Tlog3) entre les viscosités Log 1 et Log 3 est comprise entre 320 °C et 390 °C.
Afin d’aider à la sélection de cette composition cible, un opérateur de four fait appel à des modèles mettant en relation la composition chimique et la viscosité dynamique d’un mélange, tels que ceux communément utilisés par les industries du verre.
Dans un contexte industriel et de manière connue, d’autres considérations peuvent également être pris en compte dans la sélection de la composition cible, tels que le coût final de la composition, l’énergie requise pour la fusion de cette dernière, et le respect de certaines plages de concentration en composés chimiques.
Au cours d’une deuxième étape, l’opérateur élabore son mélange en prenant en compte la composition chimique respective de chacune des matières premières à sa disposition, et ajuste les proportions relatives de chacune de ces matières premières pour obtenir la composition cible.
Ces matières premières peuvent alternativement ou en combinaison se présenter sous la forme d’oxydes purs, de pierres naturelles (sables siliciques, dolomite, calcaire, stériles, scories, bauxite blanche, feldspath, anorthosite etc.) qui sont déjà des combinaisons d’oxydes, de déchets de laine de verre et/ou de roche, qui peuvent être issus de la production desdites fibres ou de chantiers (construction ou déconstruction), de combustibles liquides ou solides éventuels (plastique de matériau composite ou non, matières organiques, charbons), et de tout type de calcin. Sont également inclus des matériaux recyclables contenant des éléments combustibles (organiques) tels que par exemple, les fibres minérales ensimées, avec liant (du type de celles utilisées dans l’isolation thermique ou acoustique ou de celles utilisées dans le renforcement de matière plastique), les vitrages feuilletés avec des feuilles de polymère du type polyvinylbutyral tels que des parebrises, des bouteilles en verre (calcin ménager), ou tout type de matériau “ composite ” associant du verre et des matériaux plastiques tels que certaines bouteilles. Sont également recyclables les “ composites verre-métal ou composés métalliques ” tels que vitrages fonctionnalisés avec des revêtements contenant des métaux.
A noter que selon un mode de réalisation alternatif, un opérateur commence par prendre en compte la composition respective de chacune des matières premières à sa disposition pour par la suite ajuster les proportions relatives de ces dernières et, de manière empirique, déterminer et obtenir une composition cible qui, sur la base des modèles à sa disposition, satisfait aux critères de viscosité pour être fibrée par centrifugation externe.
Une fois la composition cible obtenue, elle est enfournée dans un four verrier pour y être fondue. La composition ainsi fondue est par la suite fibrée par centrifugation externe afin de former une laine minérale.
A titre d’exemple purement illustratif et non limitatif, la composition cible suivante est sélectionnée par un opérateur de four : SiO2 : 45,1% en masse, Fe2O3 : 2,2% en masse, Al2O3 : 7,8% en masse, CaO : 23,0% en masse, MgO : 11,0% en masse, Na2O : 8,5% en masse, K2O : 1,5% en masse.
Afin d’obtenir cette composition cible, et selon ce mode de réalisation particulier, l’opérateur dispose comme matières premières de dolomite, de stériles (« slag » en langue anglaise) et de laine de verre, dont les compositions respectives sont détaillées dans le Tableau 1 ci-dessous. Les proportions massiques (%m) de chacune de ces matières premières sont ajustées, tels que mentionné dans le Tableau 1 [Tableaux 1], pour l’obtention de la composition cible. [Tableaux 1]
En se basant sur un modèle communément utilisé par les industries du verre, l’opérateur détermine la valeur de viscosité dynamique de la composition cible, en fonction de la variation de sa température. A noter que cette composition cible comprend 60% en masse de laine de verre.
A titre de comparaison, sont également calculées les valeurs de viscosité dynamique, en fonction des variations de température : - de la laine de verre dont la composition est donnée au Tableau 1, - d’une laine de roche standard, dont la composition massique est SiO2 : 37%m ; Fe2O3 : 5%m ; Al2O3 : 21%m ; CaO : 20%m ; MgO : 14%m ; Na2O : 2%m ; K2O : 1%m.
L’ensemble des valeurs de viscosité dynamique (en Log V) obtenues pour chacune de ces trois compositions est détaillé dans le tableau 2 [Tableaux 2] ci-dessous, et représenté graphiquement à la .
Le tableau 3 [Tableaux 3] ci-dessous nous renseigne sur les valeurs de température TLog 1 et TLog 3 (en °C) correspondant respectivement à des valeurs de viscosité dynamique de Log 1 et Log 3 obtenues pour ces mêmes compositions.
Contrairement à la composition de laine de verre, la composition cible et la composition de laine de roche présentent toutes deux une température Tlog1 comprise entre 1390 °C et 1490 °C, ainsi qu’une différence de température (TLog1 – TLog3) comprise entre 320 °C et 390 °C. Ces deux compositions satisfont donc les critères de viscosité dynamique pour être fibrées par centrifugation externe.
La masse moléculaire moyenne en nombre du polyol P3 va de préférence de 800 g/mol à 2 500 g/mol, préférentiellement de 800 g/mol à 2 000 g/mol, et encore plus préférentiellement de 800 g/mol à 1 500 g/mol.
Les polyester polyols peuvent être choisis parmi les polyester diols et les polyester triols, et de préférence parmi les polyester triols.
Les polyester polyols peuvent résulter de la polycondensation :
- d’un ou plusieurs polyols aliphatiques (linéaires, ramifiés ou cycliques) ou aromatiques tels que par exemple le monoéthylène glycol, le diéthylène glycol, le 1,2-propanediol, le 1,3-propanediol, le 1,4-butanediol, le butènediol, le 1,6-hexanediol, le cyclohexane diméthanol, le tricyclodécane diméthanol, le néopentyl glycol, le cyclohexane diméthanol, le glycérol, le triméthylolpropane, le 1,2,6-hexanetriol, la N-méthyldiéthanolamine, la triéthanolamine, un alcool gras dimère, un alcool gras trimère et leurs mélanges, avec
- un ou plusieurs acide polycarboxylique ou son dérivé ester ou anhydride tel que l’acide 1,6-hexanedioïque (acide adipique), l’acide dodécanedioïque, l’acide azélaïque, l’acide sébacique, l’acide adipique, l’acide 1,18-octadécanedioïque, l’acide phtalique, l’acide isophtalique, l’acide téréphtalique, l’acide succinique, un acide gras dimère, un acide gras trimère et les mélanges de ces acides, un anhydride insaturé tel que par exemple l’anhydride maléique ou phtalique, ou une lactone telle que par exemple la caprolactone.
- les estolides polyols résultant de la polycondensation d’un ou plusieurs hydroxyacides, tel que l’acide ricinoléïque, sur un diol (on peut par exemple citer les « POLYCIN® D-1000 » et « POLYCIN® D-2000 » disponibles chez VERTELLUS).
Parmi les polyesters polyols, on peut par exemple citer les produits suivants de fonctionnalité hydroxyle supérieure ou égale à 2 : le caprolactone CAPA3050 de chez INGEVITY.
Les polyols d’origine naturelle couvrent notamment leurs dérivés tels que par exemples les dérivés hydrophobes. Les polyols d’origine naturelle peuvent être choisis dans le groupe constitué de l’huile de ricin, ou les dérivés hydroxylés des huiles naturelles insaturées comme par exemple les huiles de soja, de colza, de tournesol, et de leurs mélanges.
Les dérivés hydrophobes de polyols d’origine naturelle peuvent se trouver dans le commerce comme par exemple les oligoesters d’huile de ricin disponible chez VANDEPUTTE OLEOCHEMICALS, le Setathane® D1150 (polyol liquide hydrophobe ramifié dérivé d’huile de ricin, ayant une masse moléculaire moyenne en nombre voisine de 980 g/mol) commercialisé par ALLNEX, le Sovermol® 805 commercialisé par BASF.
Les polyester polyols d’origine naturelle (incluant leurs dérivés) peuvent avoir une masse moléculaire moyenne en nombre allant de 800 à 5 000 g/mol, de préférence de 800 à 3 000 g/mol, et ils peuvent avoir une viscosité Brookfield inférieure ou égale à 10 000 mPa.s à 25°C, de préférence allant de 1 000 mPa.s à 5 000 mPa.s.
Le polyol P3 peut avoir une fonctionnalité hydroxyle supérieure ou égale à 2, de préférence supérieure ou égale à 2,5, et encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 3.
Les polyéther polyols peuvent être choisis parmi les polyoxyalkylène-polyols dont la partie alkylène (saturée), linéaire ou ramifiée, comprend de 2 à 4 atomes de carbone, et de préférence de 2 à 3 atomes de carbone.
Les polyéther polyols sont de préférence choisis parmi les polyoxyalkylène diols ou polyoxyalkylène triols, et mieux encore parmi les polyoxyalkylène triols, dont la partie alkylène, linéaire ou ramifiée, comprend de 1 à 4 atomes de carbone, de préférence de 2 à 3 atomes de carbone.
A titre d’exemple de polyoxyalkylène diols ou triols utilisables selon l’invention, on peut par exemple citer les polyoxypropylène diol ou triol (aussi désignés par polypropylène glycols (PPG) diol ou triol), les polyoxyéthylène diol ou triol (aussi désignés par polyéthylène glycols (PEG) diol ou triol), les polyoxybutylène glycols (aussi désignés par polybutylène glycols (PBG) diol ou triol), les copolymères ou terpolymères de PPG/PEG/PBG diol ou triol, les polytétrahydrofurane (PolyTHF) diol ou triol, les polytétraméthylène glycols (PTMG), et leurs mélanges.
De préférence, les polyéther polyols sont choisis parmi les polyoxypropylène triols. Les polyéther polyols mentionnés ci-dessus peuvent être préparés de manière conventionnelle, et sont largement disponibles dans le commerce. Ils peuvent par exemple être obtenus par polymérisation de l’oxyde d’alkylène correspondant en présence d’un catalyseur à base d’un double complexe métal-cyanure.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’unité d’extraction liquide-liquide comprend au moins une colonne d’extraction liquide-liquide, un stripper, et une colonne à distiller.
Selon un deuxième aspect, les objets précités, ainsi que d’autres avantages, sont obtenus par un procédé de production et de séparation de composés aromatiques comprenant les étapes suivantes : - traiter une première charge comprenant des naphtas en présence d’un catalyseur de reformage, dans une unité de reformage catalytique, pour produire au moins un effluent de reformage comprenant des composés hydrocarbonés de 6 à 10 atomes de carbone ; - séparer l’effluent de reformage, dans une unité de séparation de charge, en au moins une coupe hydrocarbonée comprenant des composés à 6 ou 7 atomes de carbone et une coupe aromatique à 8 atomes de carbone ou plus ; - extraire des aromatiques d’une deuxième charge hydrocarbonée comprenant des composés aromatiques, dans une unité d’extraction liquide-liquide, pour produire un premier extrait et un premier raffinat ; - fractionner au moins partiellement le premier extrait et la coupe hydrocarbonée comprenant des composés à 6 ou 7 atomes de carbone, dans un dispositif de fractionnement benzène-toluène d’un train de fractionnement, et fractionner au moins partiellement la coupe aromatique à 8 atomes de carbone ou plus, dans une colonne de xylène du train de fractionnement, pour produire au moins une coupe comprenant du benzène, une coupe comprenant du toluène, une coupe comprenant des xylènes et de l’éthylbenzène, et une coupe comprenant des aromatiques à 9 et 10 atomes de carbone ; - séparer la coupe comprenant des xylènes et de l’éthylbenzène, dans une unité de séparation des xylènes, pour produire un deuxième extrait comprenant du paraxylène et un deuxième raffinat comprenant de l’orthoxylène, du métaxylène et de l’éthylbenzène ; et - isomériser le deuxième raffinat, dans une unité d’isomérisation, pour produire un isomérat enrichi en paraxylène envoyé dans la colonne de xylène.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’unité d’extraction liquide-liquide comprend au moins une colonne d’extraction liquide-liquide utilisée dans les conditions opératoires suivantes : - température comprise entre 30°C et 140°C, préférablement entre 40°C et 130°C, très préférablement entre 50-120°C ; - pression absolue comprise entre 0,1 MPa et 5 MPa ; - un ratio massique solvant polaire/charge compris entre 2 et 15, préférablement entre 3 et 10, très préférablement entre 3 et 8 ; - solvant polaire choisi parmi l’ethylène glycol, le diethylène glycol, le triéthylène glycol, hexaméthylphosphoramide, le carbonate de propylène, le carbonate d’éthylène, le sulfolane, le 3-methylsulfolane, le N-méthylacétamide, le N,N-diméthylacétamide, la butyrolactone, la 1-méthylpyrrolidone, le diméthylsulfoxyde, la caprolactame, le N-méthylformamide, la pyrrolidine-2-one, le furfural, le 1,1,3,3-tétraméthylurée et un mélange de ceux-ci.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la première charge comprenant des naphtas est issue de pétrole brut et/ou de condensats de gaz naturel, et/ou de naphtas lourds de craquage catalytique et/ou de cokéfaction et/ou d’hydrocraquage.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la deuxième charge hydrocarbonée comprend au moins 20% poids de composés aromatiques de 6 à 11 atomes de carbone, par rapport au poids total de la charge.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’unité de reformage catalytique comprend au moins un réacteur utilisé dans les conditions opératoires suivantes :
- présence d’un catalyseur avec une phase active comprenant au moins un métal choisi parmi le nickel, le ruthénium, le rhodium, le palladium, l’iridium ou le platine, et au moins un promoteur choisi parmi le rhénium, l’étain, le germanium, l’iridium ou le nickel ; - température comprise entre 400°C et 600°C ; - pression absolue comprise entre 0,1 MPa et 3 MPa ; - débit massique de flux à traiter par unité de masse de catalyseur et par heure compris entre 0,1 h -1 et 10 h -1 .
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le procédé comprend en outre l’étape suivante : - envoyer le premier raffinat de l’unité d’extraction liquide-liquide vers l’unité de reformage catalytique.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le procédé comprend en outre l’étape suivante : - traiter la coupe comprenant des aromatiques à 9 et 10 atomes de carbone avec la coupe comprenant du toluène, dans une unité de transalkylation, pour produire des xylènes envoyés vers le train de fractionnement.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le procédé comprend en outre l’étape suivante : - traiter la coupe comprenant des aromatiques à 9 et 10 atomes de carbone, dans une unité d’hydrogénolyse sélective, pour produire un effluent d’hydrogénolyse enrichi en composés aromatiques substitués en méthyles envoyé dans l’unité de transalkylation.
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 aux figures suivantes.
Liste des figures La montre une représentation schématique d’un dispositif de production et de séparation de composés aromatiques de référence.
La montre une représentation schématique d’un dispositif de production et de séparation de composés aromatiques selon la présente invention, comprenant la valorisation d’un extrait provenant d’une extraction liquide-liquide.
La montre une représentation schématique d’un dispositif de production et de séparation de composés aromatiques selon la présente invention, comprenant la valorisation d’un extrait et d’un raffinat provenant de l’extraction liquide-liquide.
Les termes « catalyseur supporté poreux », « catalyseur supporté solide », et « catalyseur supporté » font référence à des catalyseurs qui sont typiquement utilisés dans des systèmes d’hydroconversion en lit bouillonnant et en lit fixe conventionnels, y compris des catalyseurs conçus principalement pour l’hydrocraquage ou l’hydrodémétallation et des catalyseurs conçus principalement pour l’hydrotraitement. De tels catalyseurs comprennent typiquement (i) un support de catalyseur possédant une grande surface et de nombreux canaux ou pores interconnectés et (ii) des particules fines d’un catalyseur actif telles que des sulfures de cobalt, de nickel, de tungstène, de molybdène, ou des sulfures mixtes de ces éléments (ex NiMo, CoMo, etc.), dispersées dans les pores. Les catalyseurs supportés sont communément produits sous forme d’extrudés (« pellets ») cylindriques ou de solides sphériques, bien que d’autres formes soient possibles.
Le procédé selon l’invention et son fonctionnement sont décrits plus en détails ci-après, en se référant aux figures 1A à 2E représentant différentes variantes du procédé selon l’invention. Dans toutes les variantes illustrées, certaines étapes du procédé d’hydroconversion sont similaires. Les sections de l’installation d’hydroconversion mettant en œuvre ces étapes similaires sont désignées sous la même référence dans les figures, comme par exemples les sections d’hydroconversion 20, de fractionnement 30 et de traitement(s) ultérieur(s) 40 décrites plus bas.
L'objet de l'invention est de proposer un procédé d’hydroconversion d’une charge comportant entre 1% et 50% en poids d’une fraction plastique et 50 % et 99% en poids d’une 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, des métaux, et de l’azote, voire des métaux, du carbone Conradson et des asphaltènes, comprenant les étapes successives suivantes : (a) le conditionnement et l’introduction de la charge dans une première section d’hydroconversion 20 comportant au moins un premier réacteur à lit bouillonnant ou à lit hybride comprenant un premier catalyseur supporté poreux d’hydroconversion ; (b) une première étape d’hydroconversion de ladite charge en présence d'hydrogène dans ladite première section d’hydroconversion 20 pour obtenir un premier effluent hydroconverti 105 ; (c) optionnellement, une étape de séparation d’une partie ou de la totalité dudit premier effluent résultant de l’étape (b), pour récupérer au moins une coupe lourde bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C ; (d) optionnellement, une deuxième étape d’hydroconversion dans une deuxième section d’hydroconversion (non représentée dans les figures) comportant au moins un deuxième réacteur à lit bouillonnant ou à lit hybride d’une partie ou de la totalité dudit premier effluent résultant de l’étape (b) ou optionnellement de ladite coupe lourde issue de l’étape (c), ledit deuxième réacteur comprenant un deuxième catalyseur supporté poreux et opérant en présence d’hydrogène, pour produire un deuxième effluent hydroconverti ; l’étape (b) et l’étape (d) optionnelle étant mises en œuvre à une pression absolue comprise entre 2 MPa et 38 MPa, à une température comprise entre 300°C et 550°C, à une vitesse spatiale horaire par rapport au volume de chaque réacteur comprise entre 0,05 h -1 et 10 h -1 , et avec une quantité d'hydrogène comprise entre 50 Nm 3 /m 3 et 5000 Nm 3 /m 3 , (e) une étape de fractionnement de tout ou partie dudit premier effluent hydroconverti 105 issu de l’étape (b) ou dudit deuxième effluent hydroconverti issu de l’étape (d), dans une section de fractionnement (30), pour produire au moins un produit lourd qui bout de manière prédominante à une température supérieure ou égale à 350°C, ledit produit lourd contenant une fraction résiduelle qui bout à une température supérieure ou égale à 540°C.
La charge Selon un aspect primordial de l’invention, la charge comprend une fraction plastique et une fraction lourde d’hydrocarbures.
Le fraction plastique constitue entre 1% et 50% poids de la charge (poids total de la charge), de préférence entre 5% et 30% poids de la charge, et plus préférentiellement entre 5% et 20% poids de la charge.