Transcript BTX : benzène, toluène, xylènes

BTX : benzène, toluène, xylènes
par
Fabio ALARIO
Ingénieur ESCIL (École supérieure de chimie industrielle de Lyon)
Docteur de l’université Pierre-et-Marie-Curie
Ingénieur de recherche à l’Institut français du pétrole (IFP)
Christian MARCILLY
Ingénieur ENSPM (École nationale supérieure du pétrole et des moteurs)
Docteur d’État
Directeur de recherche associé - Institut français du pétrole (IFP)
et
Michel BARRAQUÉ
Ingénieur IGC (Institut du génie chimique de Toulouse)
Expert à la Direction stratégie - économie - programme de l’IFP
1.
Rappels des procédés de fabrication .................................................
2.
2.1
2.2
2.3
2.4
Fiche produit benzène C6H6 .................................................................
Propriétés physico-chimiques ....................................................................
Toxicité..........................................................................................................
Risques d’incendie et d’explosion..............................................................
Précautions particulières.............................................................................
2.4.1 Manipulation .......................................................................................
2.4.2 Stockage ..............................................................................................
Principales utilisations ................................................................................
—
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3.5
Fiche produit toluène C6H5 – CH3 .......................................................
Propriétés physico-chimiques ....................................................................
Toxicité..........................................................................................................
Risques d’incendie et d’explosion..............................................................
Précautions particulières.............................................................................
3.4.1 Manipulation .......................................................................................
3.4.2 Stockage ..............................................................................................
Principales utilisations ................................................................................
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4.
4.1
4.2
4.3
4.4
Fiche produit xylènes C6H4 (CH3)2 ......................................................
Propriétés physico-chimiques ....................................................................
Toxicité..........................................................................................................
Risques d’incendie et d’explosion..............................................................
Principales utilisations ................................................................................
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3
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2.5
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6 - 1997
3.
3.1
3.2
3.3
3.4
J 6 175 - 2
armi les hydrocarbures aromatiques de première génération les plus
utilisés, le benzène, le toluène et les trois isomères du xylène occupent
une place particulière. Les tonnages les plus significatifs de ces produits non
séparés sont consommés pour la fabrication de carburants. À l’état pur, ils
servent également de matières premières pour de nombreuses synthèses
pétrochimiques.
Le présent article, après un bref rappel des procédés d’obtention du benzène,
du toluène et des xylènes, présente les propriétés de ceux-ci, leurs précautions
de manipulation et leurs principales utilisations.
P
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© Techniques de l’Ingénieur, traité Génie des procédés
J 6 175 − 1
BTX : BENZÈNE, TOLUÈNE, XYLÈNES _______________________________________________________________________________________________________
1. Rappels des procédés
de fabrication
Les différents procédés d’obtention des BTX, leurs modes de
séparation et de purification sont décrits dans plusieurs articles de
la rubrique Procédés chimiques industriels (reliure J4) auxquels le
lecteur se reportera et dont les numéros sont indiqués ci-après.
Le benzène, le toluène et les xylènes sont principalement extraits
des essences issues du vapocraquage des hydrocarbures [J 5 460]
ou du reformage catalytique [J 5 915], après traitement de ces
essences [J 5 920] dans le but d’isoler les différents produits.
L’orthoxylène et le paraxylène sont, en outre, obtenus par
isomérisation des aromatiques en C8 [J 5 920], en particulier celle
de l’éthylbenzène et du métaxylène.
Citons, en outre, la distillation des goudrons de houille [J 5 925]
qui fournit également des BTX, mais en quantité bien moindre que
la pétrochimie.
Pour les aspects économiques (tonnages, producteurs), se
reporter à l’article [J 6 690] Capacités de production Producteurs.
Prix de vente.
2. Fiche produit benzène C6H6
2.1 Propriétés physico-chimiques
Le benzène est, à température ambiante, un liquide incolore, à
forte odeur aromatique, moins dense que l’eau dans laquelle il est
insoluble.
— Masse moléculaire : 78,114.
— Température de fusion : 5,5 oC.
— Température normale d’ébullition : 80,09 oC.
— Pression de vapeur à 26,1 oC : 13,3 kPa.
—
—
—
—
Masse volumique à 20 oC : 0,879 4 g/cm 3.
Densité des vapeurs : 2,70.
Température critique : 288,5 oC.
Pression critique : 4,83 MPa.
Le benzène est très volatil et très inflammable. Il peut s’enflammer
au contact d’une flamme ou sous l’effet de la chaleur. Il peut réagir
violemment avec les oxydants et certains acides (nitrique,
sulfurique).
Point d’éclair : – 11,1 oC en coupelle fermée.
Domaine d’explosivité des vapeurs dans l’air : 1,4 à 8,0 % en
volume.
Le benzène peut exploser lorsque ses vapeurs sont en contact
avec une flamme.
Température d’auto-ignition : 538 oC.
En cas d’incendie, il convient d’utiliser des extincteurs à CO 2 ,
à mousses ou à poudres chimiques.
2.4 Précautions particulières
2.4.1 Manipulation
Outre les précautions liées, à la nature toxique et inflammable du
benzène, il faut tenir compte, dans ses manipulations, de son
aptitude à cristalliser à une température relativement élevée (5,5 oC).
Les canalisations, les vannes, les cuves de stockage seront munies
d’un dispositif de chauffage approprié.
Les mesures très sévères de protection du personnel appelé à
manipuler du benzène sont détaillées dans la Fiche toxicologique
o
n 49 Benzène, éditée par l’INRS.
L’utilisation du benzène ne doit s’effectuer qu’en appareil clos en
marche normale.
Seuls les solvants ou diluants contenant moins de 1 % de benzène
peuvent être utilisés dans des conditions exposant les opérateurs
à l’inhalation éventuelle de vapeurs de benzène. Dans ce cas, il
convient de prévoir la captation des vapeurs à leur source d’émission
et une bonne ventilation des locaux.
2.4.2 Stockage
Le benzène doit donc, comme tout produit inflammable, être
stocké dans des fûts en acier, dans des locaux ventilés et équipés
d’installations électriques appropriées.
2.2 Toxicité
Le benzène est un produit toxique qui pénètre dans l’organisme
humain par voie respiratoire et aussi par voie cutanée. Les intoxications peuvent être aiguës ou chroniques (benzolisme).
La concentration maximale admissible des vapeurs dans l’air, pour
une exposition de 8 h/j, a été fixée à 10 ppm (partie par million ou
10 –6 en masse), soit 30 mg par mètre cube. À cette concentration,
le benzène n’est pas détectable par son odeur.
Les intoxications aiguës résultant d’une inhalation d’atmosphère
concentrée en benzène (> 3 000 ppm) sont caractérisées par un effet
narcotique sur le système nerveux central, pouvant conduire à la
mort par arrêt respiratoire.
Les intoxications chroniques affectent la formule sanguine.
L’industrie doit en tenir compte. Leur prévention nécessite un
contrôle médical suivi du personnel exposé aux vapeurs de benzène.
Le benzène n’est pas corrosif.
J 6 175 − 2
2.3 Risques d’incendie et d’explosion
2.5 Principales utilisations
Les principales utilisations du benzène, en Europe en 1994,
exprimées en pourcentage du tonnage consommé, concernent la
fabrication :
— d’éthylbenzène (styrène) .....................................................52 %
— de cumène (phénol) ............................................................18 %
— de cyclohexane ....................................................................15 %
— de nitrobenzène (aniline) ......................................................6 %
— d’alkylbenzènes ......................................................................4 %
— de produits divers..................................................................5 %.
Se reporter aux articles spécialisés, correspondants, dans ce traité.
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______________________________________________________________________________________________________ BTX : BENZÈNE, TOLUÈNE, XYLÈNES
3. Fiche produit toluène
C6H5 – CH3
3.1 Propriétés physico-chimiques
Le toluène est, à température ambiante, un liquide incolore
d’odeur aromatique, insoluble dans l’eau.
— Masse moléculaire : 92,14.
— Température de fusion : – 59,4 oC.
— Température normale d’ébullition : 110,63 oC.
— Pression de vapeur à 20 oC : 2,92 kPa.
— Masse volumique à 20 oC : 0,866 7 g/cm3.
— Densité des vapeurs : 3,14.
— Température critique : 320,8 oC.
— Pression critique : 4 MPa.
3.2 Toxicité
Comme le benzène, le toluène est toxique, mais n’affecte pas la
formule sanguine. Il a cependant une action irritante sur les téguments et les yeux.
La concentration maximale admissible des vapeurs dans l’air a été
fixée à 100 ppm (partie par million ou 10–6 en masse), soit 375 mg
par mètre cube d’air pour une exposition de 8 h/j.
Les intoxications aiguës sont beaucoup plus rares avec le toluène
qu’avec le benzène.
3.3 Risques d’incendie et d’explosion
Le toluène est un liquide très inflammable. Le domaine d’explosivité des vapeurs dans l’air est de 1,27 à 7,0 % en volume.
Son point d’éclair est de 4,4 oC (en coupelle fermée).
Sa température d’auto-ignition est de 552 oC.
3.5 Principales utilisations
Les principales utilisations du toluène, en Europe en 1994,
exprimées en pourcentage du tonnage consommé, sont les
suivantes :
— désalkylation en benzène..................................................... 36 %
— solvant.................................................................................... 18 %
— disproportionation-transalkylation en benzène et xylènes 14 %
— synthèse du toluènediisocyanate (TDI) ................................ 7 %
— synthèse du caprolactame ..................................................... 3 %
— constituant d’essences ......................................................... 16 %
— autres........................................................................................ 6 %
4. Fiche produit xylènes
C6H4 (CH3)2
Les trois isomères otrho, méta et para du xylène sont commericalisés à l’état pur ou en mélange avec leur autre isomère : l’éthylbenzène (C6H5 – C2H5 ). Ce dernier fait l’objet d’un article séparé
[J 6 315] dans cette rubrique.
4.1 Propriétés physico-chimiques
Elles sont rassemblées dans le tableau 1.
4.2 Toxicité
Les xylènes ne sont pas des produits très toxiques. Ils peuvent
provoquer des irritations cutanées ou respiratoires.
Pour plus de détails, se reporter à la Fiche toxicologique no 77
Xylènes, éditée par l’INRS.
La concentration maximale admissible des vapeurs dans l’air pour
des expositions prolongées (8 h/j) est de 100 ppm (partie par million
ou 10–6 en masse), soit 435 mg par mètre cube d’air.
Il s’enflamme au contact d’une flamme ou d’une source de chaleur.
4.3 Risques d’incendie et d’explosion
En cas d’incendie, il convient d’utiliser des extincteurs à CO2
ou à poudres chimiques.
3.4 Précautions particulières
3.4.1 Manipulation
Les xylènes sont des liquides inflammables (tableau 2) et, comme
tels, doivent être stockés dans des récipients en fer, en acier ou en
aluminium, à l’écart des sources de chaleur ou des flammes nues.
En cas d’incendie, les agents d’extinction recommandés sont
l’anhydride carbonique, les poudres chimiques ou les extincteurs à mousse.
Les consignes à respecter sont celles qui sont généralement
appliquées aux liquides inflammables et toxiques.
Se reporter à ce sujet à la Fiche toxicologique no 74 Toluène, éditée
par l’INRS.
3.4.2 Stockage
Le toluène peut être stocké, en locaux bien ventilés, dans des
récipients en fer, en acier ou en aluminium. L’emploi de récipients
en verre est également possible s’ils sont protégés par une enveloppe métallique.
4.4 Principales utilisations
L’orthoxylène est la matière première de l’anhydride phtalique.
Le métaxylène est la matière première de l’acide isophtalique.
Le paraxylène est la matière première de l’acide téréphtalique
(72 %) et du téréphtalate de diméthyle (26 % du tonnage consommé
en 1994 en Europe).
Les xylènes en mélange sont utilisés comme solvants.
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BTX : BENZÈNE, TOLUÈNE, XYLÈNES _______________________________________________________________________________________________________
Tableau 1 – Propriétés physico-chimiques
Masse moléculaire .....................................................
Température de fusion ........................................(oC)
Température normale d’ébullition......................(oC)
Pression de vapeur à 20 oC ............................... (kPa)
Masse volumique à 25 oC..............................(g/cm3)
Densité des vapeurs...................................................
Température critique ...........................................(oC)
Pression critique............................................... (MPa)
paraxylène
métaxylène
orthoxylène
éthylbenzène
106,17
13,26
138,37
0,9
0,8610
3,7
344
3,4
106,17
– 47,87
139,12
28,3
0,8642
3,7
346
3,5
106,17
– 25,18
144,41
0,7
0,8802
3,7
357
3,6
106,17
– 94,97
136,19
1,0
0,8671
3,7
344
3,7
paraxylène
métaxylène
orthoxylène
25
1,1 à 7
529
25
1,1 à 7
528
30
1à6
464
(0)
Tableau 2 – Caractéristiques d’inflammation
Point d’éclair en coupelle fermée ............................................................. (oC)
Domaine d’explosivité des vapeurs dans l’air ...................................(% vol.)
Température d’auto-ignition ..................................................................... (oC)
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