Application de solvants eutectiques profonds dans l'extraction de composés aromatiques du fioul : modélisation, simulation et évaluation technico-économique du procédé

Les industries chimiques et pétrochimiques sont soumises à une pression croissante pour mettre en œuvre des procédés de séparation durables et économes en énergie qui réduisent l'impact environnemental tout en restant économiquement viables. La séparation aromatique-aliphatique, en particulier la récupération du benzène, du toluène, de l'éthylbenzène et des xylènes (BTEX) à partir d'hydrocarbures aliphatiques C4-C10, est particulièrement difficile en raison des points d'ébullition proches et du comportement azéotropique, notamment dans les flux à faible teneur en aromatiques (<20 % en poids). Les technologies conventionnelles, telles que la distillation extractive à base de sulfolane, sont très gourmandes en énergie et peu intéressantes sur le plan économique pour ces flux, ce qui souligne la nécessité de trouver des alternatives plus écologiques et plus efficaces. Cette thèse étudie les solvants eutectiques profonds (DES) à base de chlorure de choline, notamment les systèmes binaires (ChCl:urée, 1:2) et ternaires (ChCl:urée:éthylène glycol, 1:2:1), en tant que solvants durables pour l'extraction liquide-liquide des composés aromatiques du fioul. Une méthodologie multidisciplinaire combinant des données issues de la littérature, la modélisation thermodynamique, la simulation de processus et l'évaluation technico-économique a été adoptée. En l'absence de données expérimentales exhaustives, l'équilibre de phase et le comportement de solubilité ont été prédits à l'aide des modèles Hansen solubility parameter (HSP) et COSMO-SAC, appuyés par des méthodes de contribution de groupe et des calculs de chimie quantique. Le modèle NRTL (Non-Random Two-Liquid) a permis la régression des données et la conception du processus, permettant la mise en œuvre de composants DES définis par l'utilisateur dans Simulis® Thermodynamics et Aspen Plus®. La validation du modèle par rapport aux données disponibles dans la littérature a démontré des coefficients de distribution et des sélectivités élevés pour les composés aromatiques. Il convient de noter que le système m-xylène/n-octane a présenté des sélectivités de 33,45 pour le ChCl:urée et de 22,49 pour le ChCl:urée:EG à 298,15 K, surpassant les solvants industriels conventionnels. Le processus basé sur les DES a permis d'obtenir des taux de récupération et des puretés aromatiques et aliphatiques supérieurs à 98 %. Par rapport au sulfolane et aux liquides ioniques, les DES offrent une efficacité d'extraction améliorée, des pertes de solvant réduites et un impact environnemental moindre en raison de leur faible toxicité, de leur biodégradabilité et de leur volatilité négligeable. Les DES ternaires améliorent encore la facilité d'utilisation du procédé grâce à leur viscosité et leur point de fusion plus bas. L'analyse technico-économique confirme des réductions significatives de la demande énergétique et des coûts d'exploitation, positionnant l'extraction à base de DES comme une alternative prometteuse et durable pour la séparation industrielle des composés aromatiques.