Extraction liquide-liquide réactive avec régénération du solvant

Comme il a été vu dans les parties 3.1 et 3.2 de ce chapitre, deux stratégies d’extraction réactive sont possibles. La première est de considérer le solvant comme réactif de la réaction et l’autre stratégie est d’employer un solvant inerte par rapport à la réaction et qui fait seulement office d’agent extractant. Les procédés pour ces deux stratégies ont été étudiés, le procédé A avec l’octanol comme solvant et le procédé B avec un hydrocarbure lourd comme solvant, le para-xylène, et le méthanol comme réactifs de la réaction.

III.3.3.1Procédé A, extraction liquide réactive avec régénération du solvant, le solvant est le réactif de la réaction

La description d’un tel procédé est la même que sur la Figure III-29. La colonne d’extraction est donc réactive avec l’introduction de catalyseur dans celle-ci. L’introduction du catalyseur n’est pas simulée dans cette étape de conception, cela fait partie de l’étape de validation par expérimentation et du développement technologique. La simulation de ce premier procédé est réalisée sur ProSimPlus 3® après avoir réalisé encore une fois les simulations pour déterminer le pré-design des colonnes de régénération. S’en suit l’optimisation du procédé pour atteindre l’objectif de séparation qui est un courant de production avec une composition de 99,6%. Comme le procédé de séparation est réactif, la composition prise en compte ici pour l’objectif de production est la composition réactive de l’acide succinique. Celle-ci se calcule comme la somme de la composition de l’acide succinique et des deux esters. Les tableaux ci-dessous regroupent les configurations des colonnes du procédé ainsi que les résultats de simulations et on retrouve en annexe H le tableau des courants de ce procédé.

Colonne d’extraction Plateau théorique 4 Taux de solvant 0,15 Colonne de distillation Taux de reflux R 1,495 Plateau théorique 17

(bouilleur et condenseur compris)

8 plateaux d’enrichissement (condenseur compris) 9 plateaux d’appauvrissement (bouilleur compris) Chaleur récupérable au condenseur 25.41 kW

Chaleur à fournir au bouilleur 83,35 kW

Décanteur

Taux de partage 0,263

142 Taux Récupération Composition Molaire Débit Total Débit Partiel Consommation Energétique Du Procédé - - kg/h kg/h kW kWk/kg de produit 99% 0,996 358,283 357,538 83,35 0,233

Tableau III-23 : Résultats de simulation du procédé d’extraction liquide réactive pour la récupération de l’acide succinique

Ces résultats seront repris dans la conclusion de cette partie pour la comparaison des différents procédés. Une nuance doit néanmoins être apportée à ces résultats, le produit prix en compte ici n’est pas le même, c’est une mélange d’acide succinique de mono-ester et de di-ester. La comparaison est faite sans prendre en compte l’énergie nécessaire à hydrolyser les ester pour retrouver l’acide succinique mais celle–ci devra être prise en compte pour une étude plus poussée.

III.3.3.2Procédé B, extraction liquide réactive avec régénération du solvant, le solvant est inerte

Pour ce procédé, le solvant est inerte vis-à-vis de la réaction chimique et fait seulement office d’agent extractant. Le solvant choisi est le para-xylène, un hydrocarbure lourd. Le réactif choisi est le méthanol et il est mélangé au courant de la charge en tête de colonne.

La Figure III-30 présente le procédé B, comme il a été précisé au début de ce paragraphe, la première étape de ce procédé est le mélange de la charge avec le réactif méthanol. Ce mélange alimente ensuite la colonne d’extraction liquide réactive. On retrouve en pied de colonne le raffinat qui est très riche en eau et qui n’est pas valorisable dans ce procédé. En tête de colonne on retrouve l’extrait, le courant de la phase organique où l’on récupère toutes les molécules que l’on veut valoriser. Ce courant est traité avec une distillation où l’on retrouvera au distillat le para-xylène l’eau et l’alcool tandis qu’en pied de colonne on retrouvera un courant composé des molécules valorisables. Le courant de distillat est directement recyclé, on rappelle que l’extrait étant très dilué, une grande quantité de solvant est introduite dans la colonne de distillation et ainsi le distillat se retrouve très riche en para-xylène avec quelques traces d’eau et d’alcool et ne nécessite donc pas davantage d’étapes de séparation.

143

Figure III-30 : Schéma de simulation du procédé d’extraction réactive avec 6 constituants pour la récupération d’acide succinique

La simulation de procédé est réalisée sur ProSimPlus 3®. Dans un premier temps une simulation shortcut a permis de déterminer les paramètres structuraux de la colonne de distillation. Dans un second temps, l’optimisation du procédé a été réalisée pour atteindre l’objectif de séparation qui est un courant de production avec une composition de 99,6%. Comme le procédé de séparation est réactif, la composition prise en compte ici pour l’objectif de production est la composition réactive de l’acide succinique. Celle-ci se calcule comme la somme de la composition de l’acide succinique et des deux esters. Les tableaux ci-dessous regroupent les configurations des colonnes du procédé ainsi que les résultats de simulation et on retrouve ne annexe H le tableau des courants du procédé.

Charge Alimentation Alcool

Mélangeur

Colonne d'extraction réactive Colonne à distiller

Mélangeur Appoint Para-Xylène Raffinat 1 2 3 4 5 6 Production 7 8 9

144 Colonne d’extraction Plateau théorique 5 Taux de solvant 2 Colonne de distillation Taux de reflux R 0,663 Plateau théorique 26

(bouilleur et condenseur compris)

20 plateaux d’enrichissement (condenseur compris) 6 plateaux d’appauvrissement (bouilleur compris) Chaleur récupérable au condenseur 328,02 kW

Chaleur à fournir au bouilleur 384,93 kW

Tableau III-24 : Paramètres des différentes opérations unitaires du procédé d’extraction liquide réactive

Taux Récupération Composition Molaire Débit Total Débit Partiel Consommation Energétique Du Procédé - - kg/h kg/h kW kW/kg/h de produit 99% 0,996 160,724 160,197 384,93 2,39

Tableau III-25 : Résultats de simulation du procédé d’extraction liquide réactive pour la récupération de l’acide succinique

On remarque ici aussi que le produit pris en compte n’est pas de l’acide succinique pur mais un mélange d’acide succinique et d’esters. Quelques remarques supplémentaires sur cette stratégie de récupération de l’acide succinique avec le para- xylène comme solvant. L’objectif de séparation fixé qui est d’avoir un courant de production avec une composition en molécules C4 de 99,6 % nécessite un grand apport d’énergie. Ceci est dû à la température d’ébullition du solvant qui est inférieure aux températures d’ébullition de l’acide succinique et des esters comme le montre le tableau ci-dessous. Température d’ébullition en °C Méthanol 64,7 Eau 100 Para-Xylène 137,85 di-méthyl succinate 196,2 Mono-méthyl succinate 223,06 Acide succinique 235

Tableau III-26 : Température d’ébullition des constituants du système Nc=6

C’est-à-dire que pour récupérer les molécules valorisables en pied de colonne, tout le solvant doit être vaporisé et étant donné que le courant traité est composé à 97% de solvant, l’énergie nécessaire pour vaporiser cette quantité de solvant est très importante.

145

Ces résultats seront repris dans la conclusion de cette partie pour la comparaison des différents procédés.

III.4

Conclusion : comparaison des différents procédés de récupération de