Intensification of Paraxylene Production using a Simulated Moving Bed Reactor

Abstract

Résumé -Intensification de la production de paraxylène à l'aide du lit mobile simulé réactif -Les réacteurs multifonctionnels, qui associent une étape de séparation et une étape de réaction dans une seule et même unité, constituent un axe de développement important dans le domaine de l'éco-conception des procédés afin de réduire les coûts énergétiques et environnementaux. Ils permettent de réduire, voire d'éliminer, les flux de recyclage et la taille des unités afin d'obtenir des procédés moins coûteux et plus sûrs. Cet article présente l'étude d'un réacteur multifonctionnel couplant une réaction d'isomérisation et une séparation par adsorption : le Lit Mobile Simulé Réactif (LMSR). Ce procédé est appliqué à la séparation réactive des xylènes. Le procédé actuel permet de produire du paraxylène (PX) pur (à plus de 99,7 %) à partir d'un mélange d'isomères grâce à une étape de séparation par Lit Mobile Simulé (LMS) et une étape d'isomérisation en phase gaz. La majeure partie de l'alimentation du LMS provient du recyclage des isomères du paraxylène qui sont transformés dans le réacteur. La séparation réactive, en intégrant l'isomérisation dans le LMS, devrait permettre de réduire ce flux de recyclage et les utilités associées. La séparation des xylènes s'effectuant en phase liquide, la première étape de cette étude a donc été de vérifier la faisabilité de la réaction en phase liquide. Ces tests ont permis de valider l'utilisation de la zéolithe HZSM-5 comme catalyseur de la réaction et du toluène comme désorbant pour la séparation (à la place du paradiéthylbenzène, plus classiquement utilisé, mais qui s'isomérise au contact de ce catalyseur). Les données expérimentales ont permis d'estimer des paramètres cinétiques pour un modèle d'isomérisation en phase liquide des xylènes. Ce modèle a été ajouté à un modèle de séparation par Lit Mobile Vrai (LMV) pour obtenir un simulateur de Lit Mobile Vrai Réactif (LMVR). Grâce à ce simulateur de LMVR, les conditions de fonctionnement du procédé LMSR ont pu être déterminées. Ces conditions de fonctionnement montrent qu'il est possible de réduire le flux de recyclage de plus de 40 % tout en conservant la même productivité. Une étude comparative des deux schémas de production de PX dans leur globalité permet d'espérer une réduction des coûts d'investissement et des coûts opératoires grâce au procédé LMSR. Oil & Gas Science and Technology -Rev. IFP Energies nouvelles, Vol. 65 (2010) Abstract -Intensification of Paraxylene Production using a Simulated Moving Bed ReactorMultifunctional reactors, which combine a reaction step and a separation step in one single unit, constitute an important advance in design of sustainable processes to save energy and reduce environmental impact. They allow reductions of recycle flows and size units in order to have more safety and less expansive processes. This paper deals with separation by adsorption and reaction coupled in a Simulated Moving Bed reactor (SMBR) for paraxylene (PX) production. In the current industrial process, the major part of th...

Integrated Simulated Moving Bed Processes for Production of Single Enantiomers

“…Zhang et al [4] evaluated it for the production of high-fructose syrup. Bergeot et al [5] described this combination for isomerization of C8 aromatics. In this and previous works we consider such recycle systems as reference case [1,6].…”

“…The advantage of this more complex process allows deciding where the reaction should take place. The approach was studied mainly for sugar applications and several modifications have been proposed, including recycle streams and systems with four zones [4,5,[8][9][10][11]. Applications to the production of the stronger adsorbing enantiomer of Troeger's base were reported in [8,9,12].…”

“…can be located along zones I and II. Note that in total this allows for 2 5 (i.e., 32) different reactor arrangements (subsets). In principle, many more reactor positions could be studied.…”

Modeling adsorption equilibria of xylene isomers in a microporous metal–organic framework

“…This process is being studied and simulated in order to provide tools for process understanding, operations and optimization [3,9,[12][13][14][15][16]. Those authors have also investigated a Simulated Moving Bed Reactor (SMBR) applied for p-xylene production, combining xylene isomerization and selective adsorption operating in liquid phase [17,18]. Porous metal-organic frameworks (MOFs) are crystalline microporous materials and consists of small metal-containing clusters connected three dimensionally by organic ligands.…”

Simulated Moving Bed Chromatography: From Concept to Proof‐of‐Concept

“…This intensified reaction-separation technology adopts the name simulated moving bed reactor (SMBR). A considerable number of applications have been reported considering SMBRs, among others: enzymatic reaction for higher-fructose syrup production [137][138][139][140], intensified synthesis of fructooligosaccharides [12], esterification from acetic acid and b-phenethyl alcohol to produce b-phenethyl acetate [141] or methyl/ethyl acetate ester from methanol/ethanol [142][143][144], synthesis and separation of methanol from syngas [145], lactosucrose production [146], MTBE synthesis [147], diethylacetal (dimethylacetal) synthesis [148][149][150][151], ethyl lactate synthesis from lactic acid and ethanol [152], biodiesel synthesis [153,154], in situ isomerization and separation of p-xylene [155,156], and, more recently, in the production of single enantiomers [157]. These examples prove the potential of this technique.…”