CA1280990C - Procede de desasphaltage d'une charge d'hydrocarbures contenant des asphaltenes - Google Patents
Procede de desasphaltage d'une charge d'hydrocarbures contenant des asphaltenesInfo
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Abstract
La présente invention a pour objet un procédé de désasphaltage d'une charge d'hydrocarbures contenant des asphaltènes. Ce procédé consiste à mélanger la charge d'hydrocarbures avec un solvant de désasphaltage, à laisser décanter, à soutirer la phase légère de décantation et à la débarrasser du solvant pour obtenir une huile désasphaltée, à soumettre la phase lourde de décantation à un lavage à contre-courant par un solvant de même nature que celui utilisé pour le désasphaltage, ledit solvant étant toutefois introduit à une température plus basse de 5 à 50.degree. C, que celle d'introduction de ladite phase lourde soumise au lavage, à renvoyer à la décantation la phase solvant issue du lavage et à recueillir la phase lourde lavée, riche en asphaltènes. L'huile désasphaltée peut être soumise à des traitements catalytiques ou thermiques subséquents, par exemple le craquage catalytique, l'hydrotraitement catalytique, l'hydrocracking catalytique et le visbreaking.
Description
'3C) Le procédé qui fait l'objet de la présente invention s'applique au traitement des résidus de pétroles bruts conventionnels, que ce soit des résidus atmosphériques ou des résidus sous vide, ainsi qu'au traitement des huiles lourdes ou extra lourdes étêtées telles qu'on peut les obtenir, par exemple, à partir des gisements de la FAJA PETROLIFERA au VENEZUELA ou des gisements de l'ATHABASCA au CANADA. Par extension, le procédé tel qu'il est revendiqué pourra également être avantageusement utilisé pour le traitement de résidus atmosphériques ou sous-vide qui sont issus d'un autre traitement préalable thermique ou catalytique tel que viscoréduction, hydroviscoréduction, traitement thermique en présence d'un solvant donneur d'hydrogène, hydrotraitements catalytiques divers avec conversion plus ou moins poussée de la charge traitée Ces diverses charges sont caractérisées par le fait qu'elles contiennent des résines et des asphaltènes, produits organiques de poids moléculaire élevé, riches en hétéroatomes S, N et O auxquels sont complexés des métaux et en particulier le nickel et le vanadium Les inconvénients que procurent en raffinage ces asphaltènes et résines sont bien connus, que ce soit dans le domaine des procédés catalytiques ou celui des procédés thermiques.
Ces inconvénients sont liés à leur forte teneur en hétéroatomes mais surtout à leur faible rapport H/C et à la présence des métaux, nickel et vanadium complexés.
En craquage catalytique, en présence de catalyseurs zéolithiques, par exemple, la présence dans la charge de composés de ce type en-traîne simultanément l'augmentation du dépôt de coke sur le catalyseur - au risque de rompre l'équilibre thermique de l'unité et d'élever la température de régénération jusqu'à des valeurs telles que les zéo-lithes perdent rapidement leur cristallinité, la présence de nickel entraîne le dépôt de ce même métal sur le catalyseur avec comme con-séquence l'accroissement de la prodllction de gaz incondensables et ,~
C~C3~'3C) d'hydrogène et l'accroissement du dépôt de coke. Quant au vanadium, lorsqu'il se dépose sur le catalyseur, il peut également former avec les zéolithes échangées aux terres rares, qui constituent la phase catalytique active de catalyseurs usuels de ce type de réaction, un composé mixte qui entraîne la perte de cristallini~é et, partant, la perte d'activite.
En hydrotraitement, des empoisonnements de catalyseur aussi notoires sont bien connus. Le dépôt progressif de sulfures de nickel et de vanadyle sur les agents actifs que sont les sulfures de groupe VIA
(molybdène et tungstène) promus par les sulfures du groupe VIII
(nickel et cobalt) entraîne une diminution progressive des activités désulfurante, déazotante et hydrogénante de ces catalyseurs.
En hydrocracking la teneur en asphaltènes, déterminée par précipitation à l'heptane selon la norme francaise AFNOR NFT 60115, doit être quasiment indétectable si l'on veut éviter un empoison-nement rapide des sites acides du catalyseur avec production sub-séquente de coke.
En visbreaking, la sévérité des conditions opératoires est également liée à la teneur en ces produits asphalténiques et à leur stabilité
intrinsèque. Pour une charge donnée, une sévérité trop élevée exprimée en termes de température et (ou) de temps de maturation trop élevées, entraîne la coagulation des molécules asphalténiques partiellement craquées avec apparition des micelles colloidales qui ont tendance à décanter durant le stockage et à colmater les filtres des appareils d'utilisation.
Tous ces inconvénients ont incité les raffineries à chercher à séparer sélectivement les composés asphalténiques et résiniques de la fraction huileuse qui les contenait Cette séparation appelée dés~sphaltage par un solvant consiste à rompre l'équilibre existant entre les asphaltènes et le milieu malténique environnant par addition d'un solvant qui diminue la viscosité et surtout la tension superficielle du milieu huileux. Les solvants recommandés sont généralement des paraffines ou (et) des oléfines legères à 3, 4, 5, . ~ .
1~:80990 6, et (ou) 7 atomes de carbone. En fait la paraEfine légère joue par rapport aux asphaltènes et éventuellement par rapport aux résines le rôle d'antisolvant. Asphaltènes et résines sont rejetés hors du milieu huileux sous forme d'une phase distincte et ceci d'autant mieux que la densité et la tension superficielle du milieu solvant plus huile sont plus faibles. En consequence le rendement en "phase asphaltique" et la qualité de l'huile désasphaltée sont liés pour une charge donnée aux paramètres et variables suivants : nature du solvant, taux de solvant, température et pression mais dépendent également très fortement des caractéristiques de la technologie utilisée.
Le procédé qui fait l'objet de la présente invention a donc trait au désasphaltage par des solvants hydrocarbonés comprenant des hydrocarbures paraffiniques ou oléfiniques ayant de 3 à 7 atomes de carbone. Cependant la mise en oeuvre du solvant hydrocarboné est réalisée de telle manière qu'elle permet d'obtenir des rendements excellents d'une huile de très bonne qualité avec un taux de solvant minimum et qu'elle permet de concevoir l'extrapolation industrielle à des unités aptes à traiter en une seule ligne des capacités annuelles de l'ordre de 2 à 4 millions de tonnes.
OBJET DE L'INVENTION
:
Un premier objet de la présente invention est de réaliser le désas-phaltage d'une charge d'hydrocarbures renfermant des asphaltènes notamment d'un résidu ou d'une huile lourde, par un solvant ayant de 3 à 7 atomes de carbone de manière à obtenir une huile contenant moins de 0,05 % d'asphaltènes précipités par l'heptane selon la norme AFNOR NFT 60115.
Vn deuxième objet de l'invention est de réaliser sélectivement l'opé-ration, c'est-à-dire d'obtenir concomittamment à la qualité de l'huile désasphaltée un très bon rendement en cettè même huile et ceci en mettant oeuvre le minimum de solvant, c'est-à-dire des rapports volu-4 ~ C) métriques solvant/huile pouvant être aussi bas que 3/1 à 4/1. Un troi-sième objet de l'invention consiste à réaliser l'opération en s~parant les opérations physico-chimiques élémentaires qui composent l'opé-ration globale de désasphaltage : mélange-précipitation, décantation de la phase asphaltique, lavage-peptisation de la phase asphaltique.
Le procédé qui fait l'objet de l'invention permet le traitement de capacités annuelles de résidus ou huiles lourdes très importantes dans un seul décanteur avec respect des critères de qualité et de rendement qui constituent le premier et le second objet de l'invention.
ART ANTERIEUR
L'Art antérieur recouvre un très large spectre de techniques de désasphaltage basant leur originalité sur la nature du solvant utilisé, sur la gamme de conditions opératoires préconisées, sur la mise en oeuvre d'additifs spéciaux, sur certaines caractéristiques techniques du procédé ou sur la réalisation de l'opération en plusieurs étapes successives.
C'est ainsi que le brevet US N 1948296 revendique comme solvant le propane, le n-butane, l'isobutane, des fractions pétrolières légères, du naphta, des alcools ou des mélanges de ces divers produits.
Le brevet US N 2081 473 présente le concept général de l'opération de désasphaltage, préconise en conséquence toute la gamme de solvants généralement cités, du méthane au naphta en passant par le propane, butane et l'essence légère, mais il ne spécifie ni la gamme de rapports solvant/huile recommandés, ni à plus forte raison, la dissociation "de facto" de l'opération en ses étapes physico chimiques élémentaires avec application pour chaque étape d'une gamme de conditions opératoires optimales.
Les brevets US N 2587643 et 2882219 revendiquent l'ajoût de modifi-0<3'3(~
cateurs ou additifs soit au solvant, à savoir des carbonatesorganiques pour le brevet US N2587643, soit à la charge, à savoir des aromatiques pour le brevet US N2882219.
Les brevets US N 3278415 et 3331394 préconisent également l'ad-jonction d'additifs au solvant à savoir le phenol et le glycol res-pectivement.
Quant aux brevets US N 2002004, 2101308 et 3074882, ils préconisent de réaliser l'opération de désasphaltage en deux ou plusieurs étapes sucessives mais les enchaînements d'étapes envisagés sont conceptuel-lement différents de l'échelonnement d'étapes de la présente invention.
C'est ainsi que le brevet US 2002004 concerne un procédé de désasphal-tage en deux étages avec distillation intermédiaire de la phase hydro-carbonée riche en solvant issue de la première zone d'extraction. L'ef-fluent du fond de colonne de distillation est soumis à une deuxième étape de désasphaltage qui permet d'isoler, en fait, des résines.
20 Le brevet US N 2101 308 propose une première étape de désasphaltage avec de l'essence légère comme solvant ; le mélange huile-essence légère issu de cette première étape est traitée au S02, pour une éllmination subséquente des résines et aromatiques.
25 Le brevet US N 3074 882 opère une première précipitation au butane.
Le butane est séparé du mélange huile-butane et l'huile résiduelle est traitée au propane dans deux étages sucessiis permettant d'obtenir d'une part des résines et d'autre part une huile désasphaltée et dérésinée.
L'emploi de solvants distincts dans deux étapes du procédé est égale-ment décrit dans GB 735.333.
Quant au brevet US N 3830 732, il préconise également un desasphaltage ~ en deux étapes consistant tout d'abord à précipiter asphaltènes et résines avec un premier solvant dans un rapport volumétrique solvant/
huile inférieur à 4/1 ; dans une deuxième étape la phase asphalténiqueissue de la première étape est à son tour repeptisée par un solvant ayant au moins un atome de carbone de plus que le solvant préconisé
~ 0~-3~3 dans la première étape. Cette peptisation de la phase asphaltique permet de redissoudre les résines dans le second solvant. Après récupération de l'un et l'autre solvants qui sont recyclés à leurs étages respectifs, on dispose donc d'une huile désasphaltée et dérésinée, d'une phase résinique et d'une phase asphaltique. Une revendication particulière de ce brevet préconise que l'opération en première étape est réalisée à une température supérieure à celle de la seconde étape.
Si, conceptuellement, la présente invention présente quelque analogie avec le brevet US N 3830 732, elle en diffère manifestement par trois points essentiels.
- La repeptisation de la phase asphaltique est réalisée par substantiellement la meme phase asphaltique.
- Le mélange du solvant a~ec l'huile, de meme que la précipitation, sont réalisés avant le décanteur et non dans le décanteur lui-meme.
- Le fait de n'utiliser qu'un seul solvant permet la mise en oeuvre d'une technique originale pour réaliser de facon optimum l'enchaînement des étapes que sont le mélange-précipitation, la décantation de la phase asphaltique et son lavage. Selon la capacité à traiter, la technique revendiquée dans la présente invention pourra se présenter sous diverses variantes relevant toutes du meme principe de base.
- Les recyclages préconisés dans les diverses variantes du procédé permettent d'accéder à un rendement maximum en une huile désasphaltée contenant moins de 0,05% d'asphalténés (Norme AFNOR NFT 60115).
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1'~. t~30'~'3~ ~
- 6a -RÉSUMÉ DE L'INVENTION
Selon la présente invention, il est prévu un procédé de désasphaltage d'une charge d'hydrocarbures contenant des asphaltènes, qui comprend les étapes suivantes:
a~ on introduit à 100-220C, dans une zone de décantation, un mélange préformé de la charge d'hydrocarbures avec une première fraction d'une charge de solvant comprenant au moins un hydrocarbure paraffinique, oléfinique ou cyclanique ayant de 3 à 7 atomes de carbone, le rapport volumique fraction de charge de solvant/charge d'hydrocarbures étant de 2,5/1 à 6/1, b) on laisse décanter le mélange, dans la zone de décantation, à une température de 100-220C, et une vitesse ascensionnelle de la phase légère inférieure à 1 cm/seconde, et l'on sépare une phase légère, contenant de l'huile désas-phaltée, d'une phase lourde asphalténique, c) on soumet la phase lourde asphalténique à un lavage, dans une zone de lavage substantiellement verticale, en la laissant s'écouler de haut en bas à contre-courant d'un courant ascendant d'une seconde fraction de ladite charge de solvant, ladite seconde fraction ayant la même composition que ladite première fraction et ladite seconde fraction étant introduite à une température de 5 à 50C plus basse que la température d'introduction de la phase lourde asphal-ténique dans la zone de lavage, le rapport volumique solvant/phase asphalténique étant de 0,5/1 à 8/1 et on recueille une phase supérieure huile-solvant pauvre en as-phaltènes et une phase inférieure, riche en asphaltènes, ~,, )'3~3~.~
- 6b -d) on renvoie la phase supérieure de l'étape (c) a la zone de décantation de l'étape (a), e) on sépare le solvant de la phase inferieure de l'étape (c) et on recueille une phase asphalténique, et f) on sépare le solvant de la phase légère de l'etape (b) et on recueille une phase d'huile désasphaltée.
Le procédé de l'invention peut donc mettre en oeuvre les caractéristiques ci-haut mentionnées et d'autres caractéristiques préférées. Dans les paragraphes suivants, on énumérera certaines de ces caractéristiques.
Le solvant de lavage de la phase asphalténique est le même que celui m1s en oeuvre pour la précipitation.
9'30 Le mélange entre charge à désasphalter et solvant de désasphaltage est réalisé en amont de l'échangeur qui élève la température du mé-lange à la valeur requise pour réaliser une bonne précipitation et - une bonne décantation Le mélange charge-solvant passe dans les tubes de l'échangeur et non côté calandre.
Le temps de résidence du mélange charge-solvant dans la zone de mélange précipitation est compris entre 5 sec et 5 min, de préférence entre 20 secondes et 120 secondes.
Le temps de résidence du mélange dans la zone de décantation est compris entre 4 et 20 minutes .
Le temps de résidence du mélange huile-solvant dans la zone de lavage reste également compris entre 4 et 20 minutes.
Les vitesses ascensionnelles des mélanges huile-solvant tant dans la zone de décantation que dans la zone de lavage resteront utilement inférieures à 1 cm/s et de préférence inférieure à 0,5 cm/s~
La température appliquée dans la zone de lavage sera inférieure de 5 à 50C à la température appliquée dans la zone de décantation.
Le mélange huile-solvant issu de la zone de lavage sera recyclé dans - le décanteur et de facon plus avantageuse encore en amont de l'é-changrur situé à l'entrée de la zone de décantation.
Le rapport solvant/phase asphaltique préconisé dans la zone de lavage sera compris entre 0,5 et 8 et de préférence entre l et 5.
Selon l'une de ses variantes le procédé peut comporter deux étages, chaque étage incluant les trois étapes élémentaires de précipitation, décantatiotl et lavage. Dans ce cas précis, la températllre préconisée dans chaque étape du premier étage est de préférence en moyenne infé-rieure de 10 à 40 C à la ~empérature de chaque étape correspondante .~
~ ~ ~()9~3 du second étage. Le procédé qui fait l'objet de l'invention peut utiliser les solvants hydrocarbonés ayant de 3 à 7 atomes de carbones, paraffiniques, oléfiniques ou cyclaniques, seuls, mélangés entre eux en proportions diverses ou additionnés d'additifs, par exemple, du type phénol, glycol, alcools de C1 à C6. Le procedé de la présente invention se prête plus avantageusement à
l'utilisation de solvants paraffiniques et (ou) oléfiniques ayant de 4 à 6 atomes de carbone.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DU PROCÉDÉ
Des modes de realisation préférentiels vont être maintenant décrits à titre d'exemples non limitatifs en se référant aux dessins attachés, dans lesquels La fig. l: montre une vue sc~ématique d'un premier mode de réalisation de l'invention avec un décanteur sous forme allongée, La fig. 2: montre une vue schématique d'un deuxième mode de réalisation avec un décanteur vertical, et La fig. 3: montre une vue schématique d'un troisième mode de réalisation où llopération selon l'invention est réalisée en deux étapes.
En se référant maintenant aux dessins, la figure 1 présente les caractéristiques essentielles du procédé correspondant à
l'invention. La charge à traiter est introduite par la conduite (1) jusqu'à la vanne de mélange (2), où l'on introduit le solvant S1 et S"1 provenant de la récupération du solvant (23) contenu respectivement dans le mélange solvant-huile ou dans le mélange solvant-phase asphaltique ff '3'3~
- 8a -(conduites 3 et 4). Le mélange charge-solvant passe dans un échangeur t5) où il est porté à la température requise pour l'opération de désasphaltage considérée; cette température variera entre 100 et 220C selon le solvant consideré (par exemple isobutane, butane, isopentane, pentane, essence légère) selon le type de charge à traiter (brut étêté, résidu atmosphérique, résidu sous vide), selon l'origine du pétrole brut considéré et selon le rapport solvant/huile mis ; en oeuvre. A titre d'exemple dans le cas d'un résidu sous vide du type SAFANYA, pour un rapport solvant/huile allant de 3/1 à 5/1, la température à la sortie de l'échangeur sera comprise entre 190 et 170C et la pression comprise entre 4 et 5 M Pascals dans la mesure où l'on vise d'obtenir une huile désasphaltée contenant moins de 0,05~ d'asphaltes selon la NORME AFNOR NFT 60115. Il importe de spécifier que selon une des caractéristiques préférées du procédé, le mélange charge-solvant passe- dans les tubes de l'échangeur et non côté calandre. De plus, il est recommandé de réaliser dans cet échangeur un écoulement gravitaire, c'est-à-dire que le mélange charge-solvant parcourt de haut en bas les ~ 20 tubes de l'échangeur.
;:
A la sortie de l'échangeur, le mélange porté à la température requise est introduit par la conduite (6) dans le ballon e~tracteur (7) où s'opère la décantation. La précipitation de la phase asphaltique commence quasi-instantanément au niveau de la vanne de mélange pour se pour-.
. .
~8()g90 suivre dans l'échangeur (5) au fur et à mesure que s'élève la tempé-rature. Pour assurer une bonne précipitation et une bonne coagulation des micelles asphalti-ques avant l'entrée du ballon décanteur, on pré-fère que le temps de résidence du mélange entre la vanne de mélangc et l'entrée du decanteur soit compris entre 5 secondes et 5 minutes et de préférence entre 20 secondes et 120 secondes. De même la turbu-lence dans la canalisation 6 est utilement controlée pour éviter l'é-clatement en trop petites particules des micelles de phase asphaltique en suspension dans le milieu huile-solvant ; en pratique, il est re-commandé qu'à la sortie de l'échan&eur le nombre de REYNOLDS du mé-lange soit compris entre 2.104 et lo6 et de préférence entre 5.104 et 5.105. Dans cette gamme de valeurs on constate en outre qu'on initie - l'agglomération des micelles rendant ainsi plus aisée et plus rapide la décantation ultérieure dans le ballon décanteur.
Dans le ballon décanteur (7) s'effectue l'agglomération des micelles de phase asphaltique et leur décantation, Le volume et la géométrie du décanteur sont calculés pour que le temps de résidence du mélange solvant-huile soit compris entre 4 et 20 minutes et de préférence entre 8 et 15 minutes et pour que la vitesse ascensionnelle du mé-, lange solvant-huile soit toujours inférieure à 1 cm par seconde. Le ballon décanteur fonctionne de préférence de fac,on isotherme, c'est-à-dire à une température sensiblement égale à la température d'entrée du mélange, aux pertes thermiques près. La phase asphaltique est re-cueillie dans une botte sous jacente (8) où une régulation de niveau provoque son soutirage par la pompe (10) via les conduites (9 et 11) jusqu'à la colonne (12) où s'opèrent le lavage de la phase asphaltique et la repeptisation sélective d'une partie des résines par le solvant S'1 recyclé à partir de l'unité de fractionnement (23) par la conduite (14). L'échangeur (15) permet d'ajuste. la température du solvant de lavage à la température optimum pour l'opération envisagée.
La pression appliquée dans la tour de lavage est de préférence très proche de la pression du décanteur en amont ; la température du sol-vant S'1 à l'entrée de la tour sera de préférence inférieure de 5 à50C à la température de la phase asphaltique introduite par la con-duite (11) au sommet de la zone de lavage. Le gradient de température slétablissant entre les entrées des conduites (ll) et (14) permet de . , ~ ~09'3~) régler pour un débit de solvant S'l donné et une phase asphaltique de nature donnée le taux de repeptisation des résines, c'est-à-dire per-met de régler le rendement en asphalte et le point de ramollissement de l'asphalte. Le débit de solvant influe également sur le rendement en asphalte et sur son point de ramollissement. Selon le procede qui fait l'objet de l'invention ce débit est réglé de fa~on à ce que le rapport volumique solvant/phase asphaltique soit compris entre 0,5 et --8 et de préférence entre 1 et 5.
La colonne est avantageusement opérée de fac,on à ce que le niveau de décantation de la phase asphaltique (17) soit réglé au dessous de la conduite d'injection (14) du solvant S'l et plus précisément au-dessous du dispositif de distribution (16) de ce même solvant dans le milieu continu solvant-huile bien qu'un réglage à un niveau supérieur donne quand même de bonne performances. La colonne est de préférence équipée de plateaux en chicanes (13) qui permettent un meilleur contact entre les micelles de phase asphaltique et le courant ascendant de solvant.
Ces chicanes sont de préférence, calculées de telle fac,on que la vi-- tesse ascensionnelle du solvant ou plus précisément de la phase sol-vant additionnée de l'huile lavée et des résines peptisées reste in-férieure à 36 m/heure. De toute manière la tête de colonne est de pré-férence dépourvue de chicanes pour réduire cette vitesse ascension-nelle et peut être conc,ue d'un diamètre légèrement supérieur pour évi-ter tout entraînement des particules colloidales de phase asphaltique de diamètre inférieur au micron. Dans un mode de réalisation du pro-cédé, le produit issu du sommet de colonne est recyclé en phase liquide via la conduite (18) dans le solvant Sl légèrement en amont de la vanne de mélange (2).
- La phase asphaltique gonflée de solvant quasiment pur est soutirée du fond de la colonne de lavage grâce à la pompe (20) via la conduite (19) jusqu'à la tour de vaporisation (21) où l'on sépare liasphalte, soutiré par la ligne (22), du solvant qui est recyclé par la conduite (4), soit en tête du décanteur, soit en amont de ce décanteur et de préférence au niveau de la vanne de mélange. Quant à la récupération du solvant associé à l'huile désasphaltée, elle est schématisée par le rectangle (23) et peut par exemple être réalisée dans le procédé
relevant de l'invention par vaporisation du solvant dans une cascade '390 d'évaporateurs soit du type échangeur classique, soit de préférence du type échangeur à film tombant ou par séparation de la phase solvant de la phase huile dans un décanteur opérant dans les conditions super-critiques ou par ultraEiltration du solvant sur des membranes miné-rales appropriées. L'huile désasphaltée sort par la ligne (27).
Dans le mode de réalisation décrit plus haut, le décanteur se présen-tait sous forme allongée, était muni d'une botte et était de préfé-rence incliné de 5 à 10 par rapport au plan horizontal pour permettre à la phase asphaltique de couler librement vers la botte sous jacente.
L'invention ne stipule cependant pas que ce décanteur soit nécessai-rement allongé ; il peut également être vertical ainsi que présenté
dans la figure 2, dans la mesure où cette géométrie permet de res-pecter les contraintes de vitesse ascensionnelle et de temps de décan-tation préconisées ci-dessus. Cette géométrie qui nécessite une moins grande surface au sol sera donc recommandée pour le traitement de ca-pacités annuelles inférieures à 2 millions de tonnes : Bien que le dé-canteur soit, pour des conditions de procédé, disposé verticalement, - l'agencement des étapes et les conditions opératoires préconisées sont strictement celles qui font l'objet de la présente invention Le procédé dans une dernière variante peut également être appliqué au cas où l'opération est réalisée en deux étages avec précipitation d'une phase asphaltique dure dans un premier étage et précipitation d'une phase résinique dans un second étage. La simple idée de pro-duction séparée d'une phase asphaltique et d'une phase résinique est connue et pratiquée industriellement depuis très longtemps et ne fait pas partie du corps de l'invention. L'objet de l'invention a trait au fait que chaque étage, ainsi que le schématise la figure 3, comporte un échelonnement des 3 étapes élémentaires : mélange-précipitation, décantation, lavage-repeptisation, tout à fait analogue à celui décrit dans les variantes précédentes où les asphaltes et résines étaient - précipités en une seule phase~ Conformément à cette variante la pré-cipitation et la décantation sont dans le premier étage réalisés à
une température de 20 à 60C inférieure à celle que l'on applique lorsque l'on opère la précipitation en une seule fois, c'est-à-dire à
la température minimum pour que la phase asphaltique reste liquide et ., 12 '1 '~()'390 et suffisamment fluide à la sortie du décanteur pour pouvoir être ma-nipulée sans problème. L'étape de lavage de la phase asphal~ique dans cette variante est réalisée à une temperature égale ou légèrement su-périeure à celle du décanteur. Le mélange solvant-huile-résines issu du lavage par la conduite 18 est mélangé avec le mélange solvant-huile-résines issu du premier décanteur (24).
Dans le second étage le mélange solvant huile-résines est réchauffé
(35) à une température supérieure de 30 à 70C à celle appliquée dans le premier décanteur. Comme dans le premier étage, le mélange solvant-huile-résines passe de préférence dans les tubes de l'échangeur et non côté calandre ; de plus l'écoulement du mélange solvant-huile-résines sera un écoulement gravitaire ; l'extrait est séparé par la ligne (38) pour fractionnement dans le séparateur (23). Le raffinat est envoyé
par la ligne (39) dans le laveur (40) Les vitesses ascensionnelles et les temps de résidence dans le ballon décanteur (37) et la colonne (40) sont compris dans les fourchettes préconisées ci-dessus pour le ballon (7) et la colonne (12). Le rapport solvant/phase résinique en (40) est compris entre 2 et 4. Le mélange solvant-huile est recyclé
par la conduite (43) en amont de l'échangeur (35). Le solvant de la-vage de la phase résinique est injecté par la conduite (41) au bas de la colonne (40) de lavage de la phase résinique après être passé dans l'échangeur (42) de fa~on à ajuster la température du dit solvant à
une valeur inférieure à celle du décanteur (37) de 5 à 30C.
La phase résinique (44) est libérée du solvant entraîné en (45) par "flash" et (ou) entraînement à la vapeur. La phase résinique (46) est récupérée. Le solvant récupéré est envoyé par la conduite (47) jusqu'en la canalisation (4) Le procédé permet donc en deux étages de conceptions analogues d'assurer de fa~on très flexible la pro-duction d'une phase huile (27) dépourvue d'asphaltènes et très pauvre en résines ainsi que la production simultanée d'une phase asphaltique et d'une phase résinique, les proportions de ces deux dernières phases pouvant être ajustées à volonté, pour une charge donnée, un solvant et des taux de solvant donnés, par le choix des températures appliquées en (7) et (37) d'une part, en (15) et (42) d'autre part.
13 1~ 9'3~.) E ~IPLE 1 On désasphalte un résidu sous vide SAFANIYA par addition d'un solvant essentiellement constitué par un mélange de pentane et d'isopentane.
Les caractéristiques du résidu sont présentées dan~ le tableau l et la composition de la coupe C5 dans le tableau 2.
RESIDU SOUS VIDE
VALEURS MOYENNES
Rendement sur brut (% pds) 33 Densité à 15C 1,037 Viscosité à 100C mm2/s (cSt) 54BO
Viscosité à 150~C mm2/s (cSt) 349 Pénétration (1/lO mm) 41 Point de ramollissement (C) 55 Carbone Conradson (% pds) 24,0 Asphaltènes C5 (% pds) 24,1 Asphaltènes C7 (% pds) 13,6 Soufre (% pds) 5,38 Azote (ppm) 4550 Nickel (ppm) 50 Vanadium (ppm) 169 Nickel + vanadium (ppm) 219 Carbone (% ppm) 83,64 Hydrogène (% pds) 9,94 H/C atomique 1,42 Saturés (% pds) 8,13 Aromatiques (% pds) 60,99 Résines (% pds) 16,29 ~4 0~390 CARACTERISTIQUES MOYE~NES DU SOLVANT (/~ POIDS) C1 0,01 C2 0,03 C3 0,03 iC4 0,01 nC4 0,04 iC5 - 22,88 nC5 76,6 --C5+ O, 4 Densité à 15 0,631 L'opération est réalisée dans une unité capable de traiter de 1 t/h à 3 t/h de résidu et dont les caractéristiques sur le plan du pro-cédé sont analogues à celles qui font l'objet de l'invention précé-demment décrite. L'échangeur tubulaire est disposé verticalement. Lacolonne de lavage-repeptisation est équipée de chicanes horizontales entrecroisées de facon de réaliser l'équivalent de 2 étages théoriques tant pour le transfert de masse que de chaleur. Une série de 10 essais ont été réalisés conformément au schéma de la figure 1. Les conditions opératoires appliquées sont présentées dans le tableau 3. Dans cette série d'essais le solvant du mélange huile-solvant était récupéré
pour 90 % dans une cascade dévaporateursà film tombant et pour les 10 derniers pour cent par stripping de la phase huileuse dans des conditions de pression inférieures à celles appliquées dans l'opé-ration de décantation. Après élimination du solvant tant dans la phasehuile que dans la phase asphaltique respectivement en (23) et (21) comme indiqué dans la figure 1, les phases huileuse et asphaltique ~- sont stockées et analysées. Le tableau 4 donne les rendements et quelques caractéristiques des produits obtenus.
Cette série d'essais confirme le bien fonde du schLma de procédé et des conditions opératoires préconis~es. On voit que la qualité de . 15 g'3C) l'huile augmente lorsque croit la température de précipitation et (ou) de décantation et, pour une température donnée, lorsque croit le rap-port solvant/charge. Les quatre derniers essais montrent plus particu-lièrement l'importance de l'étape de lavage et des conditions opéra-toires appliquées dans cette étape sur les rendements en huile d'unepart et sur les caractéristiques de l'asphalte d'autre part : le ren-dement en huile désasphaltée augmente lorsque croît le débit de sol-vant de lavage et lorsque diminue la température du fond de la colonne de lavage.
EXEMP~E 2 On opère le désasphaltage d'un résidu atmosphérique BOSCAN par ad-dition du même solvant du type coupe C5 que celui utilisé dans l'e-xemple 1. ~'opération est réalisée dans la même unité que celle dé-crite à propos de l'exemple 1. Les conditions opératoires appliquées dans les essais sélectionnés pour illustrer l'intérêt du procédé de l'invention sont présentées dans le tableau 6. Le tableau 5 donne les caractéristiques essentielles de la charge traitée et le tableau 7 les rendements et caractéristiques des produits obtenus. Cet exemple a été plus particulièrement choisi pour illustrer l'importance de l'étape de lavage sur les rendements en huile désasphaltée. Cette série d'essais fait encore ressortir l'importance des conditions ap-pliquées dans l'Ptape de lavage. Les rendements en huile sont d'autant plus élevés que la température de lavage est basse et que le rapport solvant/phase asphaltique est élevé. Dans tous les essais réalisés, le volume de phase asphaltique qui, à la sortie du décanteur, est com-posée de l'asphalte gonflé de solvant et d'huile, est compris entre 1.6 et 2 fois le volume de l'asphalte final qui sort de la tour de lavage. Ceci implique que le rapport du solvant à la phase asphaltique entrant dans la tour de lavage dans les essais précédents reste bien compris entre 0,5 et 8.
On opère le désasphaltage du résidu sous vide SAFANIYA dont les carac-téristiques sont présentées dans le tableau 1 mais en utilisant pour .
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la précipitation une coupe C4 contenant en poids 3 % de propane, 35 %
d'isobutane, 61 % de butane et 1 % d'isopentane. I.es essais sont réalisés dans la même unité que celle décrite dans les précédents exemples. Les conditions opératoires de la série d'essais sont résumees dans le tableau 8, les rendements et caractéristiques des produits obtenus sont présentés dans le tableau 9.
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Ces inconvénients sont liés à leur forte teneur en hétéroatomes mais surtout à leur faible rapport H/C et à la présence des métaux, nickel et vanadium complexés.
En craquage catalytique, en présence de catalyseurs zéolithiques, par exemple, la présence dans la charge de composés de ce type en-traîne simultanément l'augmentation du dépôt de coke sur le catalyseur - au risque de rompre l'équilibre thermique de l'unité et d'élever la température de régénération jusqu'à des valeurs telles que les zéo-lithes perdent rapidement leur cristallinité, la présence de nickel entraîne le dépôt de ce même métal sur le catalyseur avec comme con-séquence l'accroissement de la prodllction de gaz incondensables et ,~
C~C3~'3C) d'hydrogène et l'accroissement du dépôt de coke. Quant au vanadium, lorsqu'il se dépose sur le catalyseur, il peut également former avec les zéolithes échangées aux terres rares, qui constituent la phase catalytique active de catalyseurs usuels de ce type de réaction, un composé mixte qui entraîne la perte de cristallini~é et, partant, la perte d'activite.
En hydrotraitement, des empoisonnements de catalyseur aussi notoires sont bien connus. Le dépôt progressif de sulfures de nickel et de vanadyle sur les agents actifs que sont les sulfures de groupe VIA
(molybdène et tungstène) promus par les sulfures du groupe VIII
(nickel et cobalt) entraîne une diminution progressive des activités désulfurante, déazotante et hydrogénante de ces catalyseurs.
En hydrocracking la teneur en asphaltènes, déterminée par précipitation à l'heptane selon la norme francaise AFNOR NFT 60115, doit être quasiment indétectable si l'on veut éviter un empoison-nement rapide des sites acides du catalyseur avec production sub-séquente de coke.
En visbreaking, la sévérité des conditions opératoires est également liée à la teneur en ces produits asphalténiques et à leur stabilité
intrinsèque. Pour une charge donnée, une sévérité trop élevée exprimée en termes de température et (ou) de temps de maturation trop élevées, entraîne la coagulation des molécules asphalténiques partiellement craquées avec apparition des micelles colloidales qui ont tendance à décanter durant le stockage et à colmater les filtres des appareils d'utilisation.
Tous ces inconvénients ont incité les raffineries à chercher à séparer sélectivement les composés asphalténiques et résiniques de la fraction huileuse qui les contenait Cette séparation appelée dés~sphaltage par un solvant consiste à rompre l'équilibre existant entre les asphaltènes et le milieu malténique environnant par addition d'un solvant qui diminue la viscosité et surtout la tension superficielle du milieu huileux. Les solvants recommandés sont généralement des paraffines ou (et) des oléfines legères à 3, 4, 5, . ~ .
1~:80990 6, et (ou) 7 atomes de carbone. En fait la paraEfine légère joue par rapport aux asphaltènes et éventuellement par rapport aux résines le rôle d'antisolvant. Asphaltènes et résines sont rejetés hors du milieu huileux sous forme d'une phase distincte et ceci d'autant mieux que la densité et la tension superficielle du milieu solvant plus huile sont plus faibles. En consequence le rendement en "phase asphaltique" et la qualité de l'huile désasphaltée sont liés pour une charge donnée aux paramètres et variables suivants : nature du solvant, taux de solvant, température et pression mais dépendent également très fortement des caractéristiques de la technologie utilisée.
Le procédé qui fait l'objet de la présente invention a donc trait au désasphaltage par des solvants hydrocarbonés comprenant des hydrocarbures paraffiniques ou oléfiniques ayant de 3 à 7 atomes de carbone. Cependant la mise en oeuvre du solvant hydrocarboné est réalisée de telle manière qu'elle permet d'obtenir des rendements excellents d'une huile de très bonne qualité avec un taux de solvant minimum et qu'elle permet de concevoir l'extrapolation industrielle à des unités aptes à traiter en une seule ligne des capacités annuelles de l'ordre de 2 à 4 millions de tonnes.
OBJET DE L'INVENTION
:
Un premier objet de la présente invention est de réaliser le désas-phaltage d'une charge d'hydrocarbures renfermant des asphaltènes notamment d'un résidu ou d'une huile lourde, par un solvant ayant de 3 à 7 atomes de carbone de manière à obtenir une huile contenant moins de 0,05 % d'asphaltènes précipités par l'heptane selon la norme AFNOR NFT 60115.
Vn deuxième objet de l'invention est de réaliser sélectivement l'opé-ration, c'est-à-dire d'obtenir concomittamment à la qualité de l'huile désasphaltée un très bon rendement en cettè même huile et ceci en mettant oeuvre le minimum de solvant, c'est-à-dire des rapports volu-4 ~ C) métriques solvant/huile pouvant être aussi bas que 3/1 à 4/1. Un troi-sième objet de l'invention consiste à réaliser l'opération en s~parant les opérations physico-chimiques élémentaires qui composent l'opé-ration globale de désasphaltage : mélange-précipitation, décantation de la phase asphaltique, lavage-peptisation de la phase asphaltique.
Le procédé qui fait l'objet de l'invention permet le traitement de capacités annuelles de résidus ou huiles lourdes très importantes dans un seul décanteur avec respect des critères de qualité et de rendement qui constituent le premier et le second objet de l'invention.
ART ANTERIEUR
L'Art antérieur recouvre un très large spectre de techniques de désasphaltage basant leur originalité sur la nature du solvant utilisé, sur la gamme de conditions opératoires préconisées, sur la mise en oeuvre d'additifs spéciaux, sur certaines caractéristiques techniques du procédé ou sur la réalisation de l'opération en plusieurs étapes successives.
C'est ainsi que le brevet US N 1948296 revendique comme solvant le propane, le n-butane, l'isobutane, des fractions pétrolières légères, du naphta, des alcools ou des mélanges de ces divers produits.
Le brevet US N 2081 473 présente le concept général de l'opération de désasphaltage, préconise en conséquence toute la gamme de solvants généralement cités, du méthane au naphta en passant par le propane, butane et l'essence légère, mais il ne spécifie ni la gamme de rapports solvant/huile recommandés, ni à plus forte raison, la dissociation "de facto" de l'opération en ses étapes physico chimiques élémentaires avec application pour chaque étape d'une gamme de conditions opératoires optimales.
Les brevets US N 2587643 et 2882219 revendiquent l'ajoût de modifi-0<3'3(~
cateurs ou additifs soit au solvant, à savoir des carbonatesorganiques pour le brevet US N2587643, soit à la charge, à savoir des aromatiques pour le brevet US N2882219.
Les brevets US N 3278415 et 3331394 préconisent également l'ad-jonction d'additifs au solvant à savoir le phenol et le glycol res-pectivement.
Quant aux brevets US N 2002004, 2101308 et 3074882, ils préconisent de réaliser l'opération de désasphaltage en deux ou plusieurs étapes sucessives mais les enchaînements d'étapes envisagés sont conceptuel-lement différents de l'échelonnement d'étapes de la présente invention.
C'est ainsi que le brevet US 2002004 concerne un procédé de désasphal-tage en deux étages avec distillation intermédiaire de la phase hydro-carbonée riche en solvant issue de la première zone d'extraction. L'ef-fluent du fond de colonne de distillation est soumis à une deuxième étape de désasphaltage qui permet d'isoler, en fait, des résines.
20 Le brevet US N 2101 308 propose une première étape de désasphaltage avec de l'essence légère comme solvant ; le mélange huile-essence légère issu de cette première étape est traitée au S02, pour une éllmination subséquente des résines et aromatiques.
25 Le brevet US N 3074 882 opère une première précipitation au butane.
Le butane est séparé du mélange huile-butane et l'huile résiduelle est traitée au propane dans deux étages sucessiis permettant d'obtenir d'une part des résines et d'autre part une huile désasphaltée et dérésinée.
L'emploi de solvants distincts dans deux étapes du procédé est égale-ment décrit dans GB 735.333.
Quant au brevet US N 3830 732, il préconise également un desasphaltage ~ en deux étapes consistant tout d'abord à précipiter asphaltènes et résines avec un premier solvant dans un rapport volumétrique solvant/
huile inférieur à 4/1 ; dans une deuxième étape la phase asphalténiqueissue de la première étape est à son tour repeptisée par un solvant ayant au moins un atome de carbone de plus que le solvant préconisé
~ 0~-3~3 dans la première étape. Cette peptisation de la phase asphaltique permet de redissoudre les résines dans le second solvant. Après récupération de l'un et l'autre solvants qui sont recyclés à leurs étages respectifs, on dispose donc d'une huile désasphaltée et dérésinée, d'une phase résinique et d'une phase asphaltique. Une revendication particulière de ce brevet préconise que l'opération en première étape est réalisée à une température supérieure à celle de la seconde étape.
Si, conceptuellement, la présente invention présente quelque analogie avec le brevet US N 3830 732, elle en diffère manifestement par trois points essentiels.
- La repeptisation de la phase asphaltique est réalisée par substantiellement la meme phase asphaltique.
- Le mélange du solvant a~ec l'huile, de meme que la précipitation, sont réalisés avant le décanteur et non dans le décanteur lui-meme.
- Le fait de n'utiliser qu'un seul solvant permet la mise en oeuvre d'une technique originale pour réaliser de facon optimum l'enchaînement des étapes que sont le mélange-précipitation, la décantation de la phase asphaltique et son lavage. Selon la capacité à traiter, la technique revendiquée dans la présente invention pourra se présenter sous diverses variantes relevant toutes du meme principe de base.
- Les recyclages préconisés dans les diverses variantes du procédé permettent d'accéder à un rendement maximum en une huile désasphaltée contenant moins de 0,05% d'asphalténés (Norme AFNOR NFT 60115).
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- 6a -RÉSUMÉ DE L'INVENTION
Selon la présente invention, il est prévu un procédé de désasphaltage d'une charge d'hydrocarbures contenant des asphaltènes, qui comprend les étapes suivantes:
a~ on introduit à 100-220C, dans une zone de décantation, un mélange préformé de la charge d'hydrocarbures avec une première fraction d'une charge de solvant comprenant au moins un hydrocarbure paraffinique, oléfinique ou cyclanique ayant de 3 à 7 atomes de carbone, le rapport volumique fraction de charge de solvant/charge d'hydrocarbures étant de 2,5/1 à 6/1, b) on laisse décanter le mélange, dans la zone de décantation, à une température de 100-220C, et une vitesse ascensionnelle de la phase légère inférieure à 1 cm/seconde, et l'on sépare une phase légère, contenant de l'huile désas-phaltée, d'une phase lourde asphalténique, c) on soumet la phase lourde asphalténique à un lavage, dans une zone de lavage substantiellement verticale, en la laissant s'écouler de haut en bas à contre-courant d'un courant ascendant d'une seconde fraction de ladite charge de solvant, ladite seconde fraction ayant la même composition que ladite première fraction et ladite seconde fraction étant introduite à une température de 5 à 50C plus basse que la température d'introduction de la phase lourde asphal-ténique dans la zone de lavage, le rapport volumique solvant/phase asphalténique étant de 0,5/1 à 8/1 et on recueille une phase supérieure huile-solvant pauvre en as-phaltènes et une phase inférieure, riche en asphaltènes, ~,, )'3~3~.~
- 6b -d) on renvoie la phase supérieure de l'étape (c) a la zone de décantation de l'étape (a), e) on sépare le solvant de la phase inferieure de l'étape (c) et on recueille une phase asphalténique, et f) on sépare le solvant de la phase légère de l'etape (b) et on recueille une phase d'huile désasphaltée.
Le procédé de l'invention peut donc mettre en oeuvre les caractéristiques ci-haut mentionnées et d'autres caractéristiques préférées. Dans les paragraphes suivants, on énumérera certaines de ces caractéristiques.
Le solvant de lavage de la phase asphalténique est le même que celui m1s en oeuvre pour la précipitation.
9'30 Le mélange entre charge à désasphalter et solvant de désasphaltage est réalisé en amont de l'échangeur qui élève la température du mé-lange à la valeur requise pour réaliser une bonne précipitation et - une bonne décantation Le mélange charge-solvant passe dans les tubes de l'échangeur et non côté calandre.
Le temps de résidence du mélange charge-solvant dans la zone de mélange précipitation est compris entre 5 sec et 5 min, de préférence entre 20 secondes et 120 secondes.
Le temps de résidence du mélange dans la zone de décantation est compris entre 4 et 20 minutes .
Le temps de résidence du mélange huile-solvant dans la zone de lavage reste également compris entre 4 et 20 minutes.
Les vitesses ascensionnelles des mélanges huile-solvant tant dans la zone de décantation que dans la zone de lavage resteront utilement inférieures à 1 cm/s et de préférence inférieure à 0,5 cm/s~
La température appliquée dans la zone de lavage sera inférieure de 5 à 50C à la température appliquée dans la zone de décantation.
Le mélange huile-solvant issu de la zone de lavage sera recyclé dans - le décanteur et de facon plus avantageuse encore en amont de l'é-changrur situé à l'entrée de la zone de décantation.
Le rapport solvant/phase asphaltique préconisé dans la zone de lavage sera compris entre 0,5 et 8 et de préférence entre l et 5.
Selon l'une de ses variantes le procédé peut comporter deux étages, chaque étage incluant les trois étapes élémentaires de précipitation, décantatiotl et lavage. Dans ce cas précis, la températllre préconisée dans chaque étape du premier étage est de préférence en moyenne infé-rieure de 10 à 40 C à la ~empérature de chaque étape correspondante .~
~ ~ ~()9~3 du second étage. Le procédé qui fait l'objet de l'invention peut utiliser les solvants hydrocarbonés ayant de 3 à 7 atomes de carbones, paraffiniques, oléfiniques ou cyclaniques, seuls, mélangés entre eux en proportions diverses ou additionnés d'additifs, par exemple, du type phénol, glycol, alcools de C1 à C6. Le procedé de la présente invention se prête plus avantageusement à
l'utilisation de solvants paraffiniques et (ou) oléfiniques ayant de 4 à 6 atomes de carbone.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DU PROCÉDÉ
Des modes de realisation préférentiels vont être maintenant décrits à titre d'exemples non limitatifs en se référant aux dessins attachés, dans lesquels La fig. l: montre une vue sc~ématique d'un premier mode de réalisation de l'invention avec un décanteur sous forme allongée, La fig. 2: montre une vue schématique d'un deuxième mode de réalisation avec un décanteur vertical, et La fig. 3: montre une vue schématique d'un troisième mode de réalisation où llopération selon l'invention est réalisée en deux étapes.
En se référant maintenant aux dessins, la figure 1 présente les caractéristiques essentielles du procédé correspondant à
l'invention. La charge à traiter est introduite par la conduite (1) jusqu'à la vanne de mélange (2), où l'on introduit le solvant S1 et S"1 provenant de la récupération du solvant (23) contenu respectivement dans le mélange solvant-huile ou dans le mélange solvant-phase asphaltique ff '3'3~
- 8a -(conduites 3 et 4). Le mélange charge-solvant passe dans un échangeur t5) où il est porté à la température requise pour l'opération de désasphaltage considérée; cette température variera entre 100 et 220C selon le solvant consideré (par exemple isobutane, butane, isopentane, pentane, essence légère) selon le type de charge à traiter (brut étêté, résidu atmosphérique, résidu sous vide), selon l'origine du pétrole brut considéré et selon le rapport solvant/huile mis ; en oeuvre. A titre d'exemple dans le cas d'un résidu sous vide du type SAFANYA, pour un rapport solvant/huile allant de 3/1 à 5/1, la température à la sortie de l'échangeur sera comprise entre 190 et 170C et la pression comprise entre 4 et 5 M Pascals dans la mesure où l'on vise d'obtenir une huile désasphaltée contenant moins de 0,05~ d'asphaltes selon la NORME AFNOR NFT 60115. Il importe de spécifier que selon une des caractéristiques préférées du procédé, le mélange charge-solvant passe- dans les tubes de l'échangeur et non côté calandre. De plus, il est recommandé de réaliser dans cet échangeur un écoulement gravitaire, c'est-à-dire que le mélange charge-solvant parcourt de haut en bas les ~ 20 tubes de l'échangeur.
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A la sortie de l'échangeur, le mélange porté à la température requise est introduit par la conduite (6) dans le ballon e~tracteur (7) où s'opère la décantation. La précipitation de la phase asphaltique commence quasi-instantanément au niveau de la vanne de mélange pour se pour-.
. .
~8()g90 suivre dans l'échangeur (5) au fur et à mesure que s'élève la tempé-rature. Pour assurer une bonne précipitation et une bonne coagulation des micelles asphalti-ques avant l'entrée du ballon décanteur, on pré-fère que le temps de résidence du mélange entre la vanne de mélangc et l'entrée du decanteur soit compris entre 5 secondes et 5 minutes et de préférence entre 20 secondes et 120 secondes. De même la turbu-lence dans la canalisation 6 est utilement controlée pour éviter l'é-clatement en trop petites particules des micelles de phase asphaltique en suspension dans le milieu huile-solvant ; en pratique, il est re-commandé qu'à la sortie de l'échan&eur le nombre de REYNOLDS du mé-lange soit compris entre 2.104 et lo6 et de préférence entre 5.104 et 5.105. Dans cette gamme de valeurs on constate en outre qu'on initie - l'agglomération des micelles rendant ainsi plus aisée et plus rapide la décantation ultérieure dans le ballon décanteur.
Dans le ballon décanteur (7) s'effectue l'agglomération des micelles de phase asphaltique et leur décantation, Le volume et la géométrie du décanteur sont calculés pour que le temps de résidence du mélange solvant-huile soit compris entre 4 et 20 minutes et de préférence entre 8 et 15 minutes et pour que la vitesse ascensionnelle du mé-, lange solvant-huile soit toujours inférieure à 1 cm par seconde. Le ballon décanteur fonctionne de préférence de fac,on isotherme, c'est-à-dire à une température sensiblement égale à la température d'entrée du mélange, aux pertes thermiques près. La phase asphaltique est re-cueillie dans une botte sous jacente (8) où une régulation de niveau provoque son soutirage par la pompe (10) via les conduites (9 et 11) jusqu'à la colonne (12) où s'opèrent le lavage de la phase asphaltique et la repeptisation sélective d'une partie des résines par le solvant S'1 recyclé à partir de l'unité de fractionnement (23) par la conduite (14). L'échangeur (15) permet d'ajuste. la température du solvant de lavage à la température optimum pour l'opération envisagée.
La pression appliquée dans la tour de lavage est de préférence très proche de la pression du décanteur en amont ; la température du sol-vant S'1 à l'entrée de la tour sera de préférence inférieure de 5 à50C à la température de la phase asphaltique introduite par la con-duite (11) au sommet de la zone de lavage. Le gradient de température slétablissant entre les entrées des conduites (ll) et (14) permet de . , ~ ~09'3~) régler pour un débit de solvant S'l donné et une phase asphaltique de nature donnée le taux de repeptisation des résines, c'est-à-dire per-met de régler le rendement en asphalte et le point de ramollissement de l'asphalte. Le débit de solvant influe également sur le rendement en asphalte et sur son point de ramollissement. Selon le procede qui fait l'objet de l'invention ce débit est réglé de fa~on à ce que le rapport volumique solvant/phase asphaltique soit compris entre 0,5 et --8 et de préférence entre 1 et 5.
La colonne est avantageusement opérée de fac,on à ce que le niveau de décantation de la phase asphaltique (17) soit réglé au dessous de la conduite d'injection (14) du solvant S'l et plus précisément au-dessous du dispositif de distribution (16) de ce même solvant dans le milieu continu solvant-huile bien qu'un réglage à un niveau supérieur donne quand même de bonne performances. La colonne est de préférence équipée de plateaux en chicanes (13) qui permettent un meilleur contact entre les micelles de phase asphaltique et le courant ascendant de solvant.
Ces chicanes sont de préférence, calculées de telle fac,on que la vi-- tesse ascensionnelle du solvant ou plus précisément de la phase sol-vant additionnée de l'huile lavée et des résines peptisées reste in-férieure à 36 m/heure. De toute manière la tête de colonne est de pré-férence dépourvue de chicanes pour réduire cette vitesse ascension-nelle et peut être conc,ue d'un diamètre légèrement supérieur pour évi-ter tout entraînement des particules colloidales de phase asphaltique de diamètre inférieur au micron. Dans un mode de réalisation du pro-cédé, le produit issu du sommet de colonne est recyclé en phase liquide via la conduite (18) dans le solvant Sl légèrement en amont de la vanne de mélange (2).
- La phase asphaltique gonflée de solvant quasiment pur est soutirée du fond de la colonne de lavage grâce à la pompe (20) via la conduite (19) jusqu'à la tour de vaporisation (21) où l'on sépare liasphalte, soutiré par la ligne (22), du solvant qui est recyclé par la conduite (4), soit en tête du décanteur, soit en amont de ce décanteur et de préférence au niveau de la vanne de mélange. Quant à la récupération du solvant associé à l'huile désasphaltée, elle est schématisée par le rectangle (23) et peut par exemple être réalisée dans le procédé
relevant de l'invention par vaporisation du solvant dans une cascade '390 d'évaporateurs soit du type échangeur classique, soit de préférence du type échangeur à film tombant ou par séparation de la phase solvant de la phase huile dans un décanteur opérant dans les conditions super-critiques ou par ultraEiltration du solvant sur des membranes miné-rales appropriées. L'huile désasphaltée sort par la ligne (27).
Dans le mode de réalisation décrit plus haut, le décanteur se présen-tait sous forme allongée, était muni d'une botte et était de préfé-rence incliné de 5 à 10 par rapport au plan horizontal pour permettre à la phase asphaltique de couler librement vers la botte sous jacente.
L'invention ne stipule cependant pas que ce décanteur soit nécessai-rement allongé ; il peut également être vertical ainsi que présenté
dans la figure 2, dans la mesure où cette géométrie permet de res-pecter les contraintes de vitesse ascensionnelle et de temps de décan-tation préconisées ci-dessus. Cette géométrie qui nécessite une moins grande surface au sol sera donc recommandée pour le traitement de ca-pacités annuelles inférieures à 2 millions de tonnes : Bien que le dé-canteur soit, pour des conditions de procédé, disposé verticalement, - l'agencement des étapes et les conditions opératoires préconisées sont strictement celles qui font l'objet de la présente invention Le procédé dans une dernière variante peut également être appliqué au cas où l'opération est réalisée en deux étages avec précipitation d'une phase asphaltique dure dans un premier étage et précipitation d'une phase résinique dans un second étage. La simple idée de pro-duction séparée d'une phase asphaltique et d'une phase résinique est connue et pratiquée industriellement depuis très longtemps et ne fait pas partie du corps de l'invention. L'objet de l'invention a trait au fait que chaque étage, ainsi que le schématise la figure 3, comporte un échelonnement des 3 étapes élémentaires : mélange-précipitation, décantation, lavage-repeptisation, tout à fait analogue à celui décrit dans les variantes précédentes où les asphaltes et résines étaient - précipités en une seule phase~ Conformément à cette variante la pré-cipitation et la décantation sont dans le premier étage réalisés à
une température de 20 à 60C inférieure à celle que l'on applique lorsque l'on opère la précipitation en une seule fois, c'est-à-dire à
la température minimum pour que la phase asphaltique reste liquide et ., 12 '1 '~()'390 et suffisamment fluide à la sortie du décanteur pour pouvoir être ma-nipulée sans problème. L'étape de lavage de la phase asphal~ique dans cette variante est réalisée à une temperature égale ou légèrement su-périeure à celle du décanteur. Le mélange solvant-huile-résines issu du lavage par la conduite 18 est mélangé avec le mélange solvant-huile-résines issu du premier décanteur (24).
Dans le second étage le mélange solvant huile-résines est réchauffé
(35) à une température supérieure de 30 à 70C à celle appliquée dans le premier décanteur. Comme dans le premier étage, le mélange solvant-huile-résines passe de préférence dans les tubes de l'échangeur et non côté calandre ; de plus l'écoulement du mélange solvant-huile-résines sera un écoulement gravitaire ; l'extrait est séparé par la ligne (38) pour fractionnement dans le séparateur (23). Le raffinat est envoyé
par la ligne (39) dans le laveur (40) Les vitesses ascensionnelles et les temps de résidence dans le ballon décanteur (37) et la colonne (40) sont compris dans les fourchettes préconisées ci-dessus pour le ballon (7) et la colonne (12). Le rapport solvant/phase résinique en (40) est compris entre 2 et 4. Le mélange solvant-huile est recyclé
par la conduite (43) en amont de l'échangeur (35). Le solvant de la-vage de la phase résinique est injecté par la conduite (41) au bas de la colonne (40) de lavage de la phase résinique après être passé dans l'échangeur (42) de fa~on à ajuster la température du dit solvant à
une valeur inférieure à celle du décanteur (37) de 5 à 30C.
La phase résinique (44) est libérée du solvant entraîné en (45) par "flash" et (ou) entraînement à la vapeur. La phase résinique (46) est récupérée. Le solvant récupéré est envoyé par la conduite (47) jusqu'en la canalisation (4) Le procédé permet donc en deux étages de conceptions analogues d'assurer de fa~on très flexible la pro-duction d'une phase huile (27) dépourvue d'asphaltènes et très pauvre en résines ainsi que la production simultanée d'une phase asphaltique et d'une phase résinique, les proportions de ces deux dernières phases pouvant être ajustées à volonté, pour une charge donnée, un solvant et des taux de solvant donnés, par le choix des températures appliquées en (7) et (37) d'une part, en (15) et (42) d'autre part.
13 1~ 9'3~.) E ~IPLE 1 On désasphalte un résidu sous vide SAFANIYA par addition d'un solvant essentiellement constitué par un mélange de pentane et d'isopentane.
Les caractéristiques du résidu sont présentées dan~ le tableau l et la composition de la coupe C5 dans le tableau 2.
RESIDU SOUS VIDE
VALEURS MOYENNES
Rendement sur brut (% pds) 33 Densité à 15C 1,037 Viscosité à 100C mm2/s (cSt) 54BO
Viscosité à 150~C mm2/s (cSt) 349 Pénétration (1/lO mm) 41 Point de ramollissement (C) 55 Carbone Conradson (% pds) 24,0 Asphaltènes C5 (% pds) 24,1 Asphaltènes C7 (% pds) 13,6 Soufre (% pds) 5,38 Azote (ppm) 4550 Nickel (ppm) 50 Vanadium (ppm) 169 Nickel + vanadium (ppm) 219 Carbone (% ppm) 83,64 Hydrogène (% pds) 9,94 H/C atomique 1,42 Saturés (% pds) 8,13 Aromatiques (% pds) 60,99 Résines (% pds) 16,29 ~4 0~390 CARACTERISTIQUES MOYE~NES DU SOLVANT (/~ POIDS) C1 0,01 C2 0,03 C3 0,03 iC4 0,01 nC4 0,04 iC5 - 22,88 nC5 76,6 --C5+ O, 4 Densité à 15 0,631 L'opération est réalisée dans une unité capable de traiter de 1 t/h à 3 t/h de résidu et dont les caractéristiques sur le plan du pro-cédé sont analogues à celles qui font l'objet de l'invention précé-demment décrite. L'échangeur tubulaire est disposé verticalement. Lacolonne de lavage-repeptisation est équipée de chicanes horizontales entrecroisées de facon de réaliser l'équivalent de 2 étages théoriques tant pour le transfert de masse que de chaleur. Une série de 10 essais ont été réalisés conformément au schéma de la figure 1. Les conditions opératoires appliquées sont présentées dans le tableau 3. Dans cette série d'essais le solvant du mélange huile-solvant était récupéré
pour 90 % dans une cascade dévaporateursà film tombant et pour les 10 derniers pour cent par stripping de la phase huileuse dans des conditions de pression inférieures à celles appliquées dans l'opé-ration de décantation. Après élimination du solvant tant dans la phasehuile que dans la phase asphaltique respectivement en (23) et (21) comme indiqué dans la figure 1, les phases huileuse et asphaltique ~- sont stockées et analysées. Le tableau 4 donne les rendements et quelques caractéristiques des produits obtenus.
Cette série d'essais confirme le bien fonde du schLma de procédé et des conditions opératoires préconis~es. On voit que la qualité de . 15 g'3C) l'huile augmente lorsque croit la température de précipitation et (ou) de décantation et, pour une température donnée, lorsque croit le rap-port solvant/charge. Les quatre derniers essais montrent plus particu-lièrement l'importance de l'étape de lavage et des conditions opéra-toires appliquées dans cette étape sur les rendements en huile d'unepart et sur les caractéristiques de l'asphalte d'autre part : le ren-dement en huile désasphaltée augmente lorsque croît le débit de sol-vant de lavage et lorsque diminue la température du fond de la colonne de lavage.
EXEMP~E 2 On opère le désasphaltage d'un résidu atmosphérique BOSCAN par ad-dition du même solvant du type coupe C5 que celui utilisé dans l'e-xemple 1. ~'opération est réalisée dans la même unité que celle dé-crite à propos de l'exemple 1. Les conditions opératoires appliquées dans les essais sélectionnés pour illustrer l'intérêt du procédé de l'invention sont présentées dans le tableau 6. Le tableau 5 donne les caractéristiques essentielles de la charge traitée et le tableau 7 les rendements et caractéristiques des produits obtenus. Cet exemple a été plus particulièrement choisi pour illustrer l'importance de l'étape de lavage sur les rendements en huile désasphaltée. Cette série d'essais fait encore ressortir l'importance des conditions ap-pliquées dans l'Ptape de lavage. Les rendements en huile sont d'autant plus élevés que la température de lavage est basse et que le rapport solvant/phase asphaltique est élevé. Dans tous les essais réalisés, le volume de phase asphaltique qui, à la sortie du décanteur, est com-posée de l'asphalte gonflé de solvant et d'huile, est compris entre 1.6 et 2 fois le volume de l'asphalte final qui sort de la tour de lavage. Ceci implique que le rapport du solvant à la phase asphaltique entrant dans la tour de lavage dans les essais précédents reste bien compris entre 0,5 et 8.
On opère le désasphaltage du résidu sous vide SAFANIYA dont les carac-téristiques sont présentées dans le tableau 1 mais en utilisant pour .
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la précipitation une coupe C4 contenant en poids 3 % de propane, 35 %
d'isobutane, 61 % de butane et 1 % d'isopentane. I.es essais sont réalisés dans la même unité que celle décrite dans les précédents exemples. Les conditions opératoires de la série d'essais sont résumees dans le tableau 8, les rendements et caractéristiques des produits obtenus sont présentés dans le tableau 9.
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Claims (19)
1. Procédé de désasphaltage d'une charge d'hydrocarbures contenant des asphaltènes, qui comprend les étapes suivantes :
a) on introduit à 100-220° C, dans une zone de décantation, un mélange préformé de la charge d'hydrocarbures avec une première fraction d'une charge de solvant comprenant au moins un hydrocarbure paraffinique, oléfinique ou cyclanique ayant de 3 à 7 atomes de carbone, le rapport volumique fraction de charge de solvant/charge d'hydrocarbures étant de 2,5/1 à 6/1, b) on laisse décanter le mélange, dans la zone de décantation, à une température de 100-220° C, et une vitesse ascensionnelle de la phase légère inférieure à 1 cm/seconde, et l'on sépare une phase légère, contenant de l'huile désasphaltée, d'une phase lourde asphalténique, c) on soumet la phase lourde asphalténique à un lavage, dans une zone de lavage substantiellement verticale, en la laissant s'écouler de haut en bas à contre-courant d'un courant ascendant d'une seconde fraction de ladite charge de solvant, ladite seconde fraction ayant la même composition que ladite première fraction et ladite seconde fraction étant introduite à une température de 5 à 50° C plus basse que la température d'introduction de la phase lourde asphalténique dans la zone de lavage, le rapport volumique solvant/phase asphalténique étant de 0,5/1 à 8/1 et on recueille une phase supérieure huile-solvant pauvre en asphaltènes et une phase inférieure, riche en asphaltènes, d) on renvoie la phase supérieure de l'étape (c) à la zone de décantation de l'étape (a), e) on sépare le solvant de la phase inférieure de l'étape (c) et on recueille une phase asphalténique, et f) on sépare le solvant de la phase légère de l'étape (b) et on recueille une phase d'huile désasphaltée.
a) on introduit à 100-220° C, dans une zone de décantation, un mélange préformé de la charge d'hydrocarbures avec une première fraction d'une charge de solvant comprenant au moins un hydrocarbure paraffinique, oléfinique ou cyclanique ayant de 3 à 7 atomes de carbone, le rapport volumique fraction de charge de solvant/charge d'hydrocarbures étant de 2,5/1 à 6/1, b) on laisse décanter le mélange, dans la zone de décantation, à une température de 100-220° C, et une vitesse ascensionnelle de la phase légère inférieure à 1 cm/seconde, et l'on sépare une phase légère, contenant de l'huile désasphaltée, d'une phase lourde asphalténique, c) on soumet la phase lourde asphalténique à un lavage, dans une zone de lavage substantiellement verticale, en la laissant s'écouler de haut en bas à contre-courant d'un courant ascendant d'une seconde fraction de ladite charge de solvant, ladite seconde fraction ayant la même composition que ladite première fraction et ladite seconde fraction étant introduite à une température de 5 à 50° C plus basse que la température d'introduction de la phase lourde asphalténique dans la zone de lavage, le rapport volumique solvant/phase asphalténique étant de 0,5/1 à 8/1 et on recueille une phase supérieure huile-solvant pauvre en asphaltènes et une phase inférieure, riche en asphaltènes, d) on renvoie la phase supérieure de l'étape (c) à la zone de décantation de l'étape (a), e) on sépare le solvant de la phase inférieure de l'étape (c) et on recueille une phase asphalténique, et f) on sépare le solvant de la phase légère de l'étape (b) et on recueille une phase d'huile désasphaltée.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le mélange de la charge d'hydrocarbures avec la première fraction de la charge de solvant introduite à 100-220°C dans la zone de décantation est obtenu par mélange des deux charges, chauffage subséquent jusqu'à 100-220°C
puis envoi du mélange chauffé à la zone de décantation, cet envoi étant réalisé à un nombre de Reynolds du mélange chauffé de 2.104 à
106, et la durée depuis le début du chauffage jusqu'à l'entrée dans la zone de décantation étant de 5 secondes à 120 secondes.
puis envoi du mélange chauffé à la zone de décantation, cet envoi étant réalisé à un nombre de Reynolds du mélange chauffé de 2.104 à
106, et la durée depuis le début du chauffage jusqu'à l'entrée dans la zone de décantation étant de 5 secondes à 120 secondes.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'étape (d) est ef-fectuée en mélangeant la phase supérieure de l'étape (c) avec la charge d'hydrocarbures et la première fraction de charge de solvant de l'étape (a) avant chauffage du mélange des deux dernières charges, le mélange résultant étant ensuite chauffé jusqu'à 100-220°C et envoyé à
la zone de décantation avec ledit nombre de REYNOLDS et ladite durée.
la zone de décantation avec ledit nombre de REYNOLDS et ladite durée.
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la portion supérieure de la zone de lavage, située au-dessus du point d'introduction de la phase lourde asphaltique, est à une tem-pérature plus élevée que la portion inférieure, grâce à quoi on réduit la teneur en asphaltènes de la phase supérieure recueillie à l'étape (c).
5. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel le chauffage du mélange, à l'étape (a), est effectué dans un échangeur tubulaire, vertical et ledit mélange circule de haut en bas dans ledit échangeur.
6. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel la durée de l'étape (a) est de 20 à 120 secondes et le nombre de REYNOLDS est de 5. 104 à 5. 105.
7. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel la zone de décantation est de forme allongée, inclinée de 5 à
10°C par rapport à l'horizontale, dans le sens d'écoulement du mélange.
10°C par rapport à l'horizontale, dans le sens d'écoulement du mélange.
8. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel le rapport volumique solvant/phase asphaltique, dans la zone de lavage, est de 2/1 à 4/1, et ladite zone de lavage est en moyenne de section plus large au-dessus du point d'introduction de la phase lourde asphaltique qu'au-dessous de ce point.
9. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel le rapport volumique solvant/charge d'hydrocarbures à l'étape (a) est de 3/1 à 4/1.
10. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel le temps de séjour à chacune-des étapes (b) et (c) est de 4 à
20 minutes.
20 minutes.
11. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel on opère en deux étages, la température moyenne du premier étage étant inférieure de 10 à 40°C à la température moyenne du second étage.
12. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la portion supérieure de la zone de lavage, située au-dessus du point d'introduction de la phase lourde asphaltique, est à une température plus élevée que la portion inférieure, grâce à
quoi on réduit la teneur en asphaltènes de la phase supérieure recueillie à l'étape (c).
quoi on réduit la teneur en asphaltènes de la phase supérieure recueillie à l'étape (c).
13. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le chauffage du mélange, à l'étape (a), est effectué dans un échangeur tubulaire, vertical et ledit mélange circule de haut en bas dans ledit échangeur.
14. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la durée de l'étape (a) est de 20 à 120 secondes et le nombre de REYNOLDS est de 5. 104 à 5. 105.
15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel la zone de décantation est de forme allongée, inclinée de 5 à 10°C
par rapport à l'horizontale, dans le sens d'écoulement du mélange.
par rapport à l'horizontale, dans le sens d'écoulement du mélange.
16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel le rapport volumique solvant/phase asphaltique, dans la zone de lavage, est de 2/1 à 4/1, et ladite zone de lavage est en moyenne de section plus large au-dessus du point d'introduction de-la phase lourde asphaltique qu'au-dessous de ce point.
17. Procédé selon la revendication 16, dans lequel le rapport volumique solvant/charge d'hydrocarbures à l'étape (a) est de 3/1 à 4/1.
18. Procédé selon la revendication 17, dans lequel le temps de séjour à chacune des étapes (b) et (c), est de 4 à 20 minutes.
19. Procédé selon la revendication 18, dans lequel on opère en deux étages, la température moyenne du premier étage étant inférieure de 10 à 40°C à la température du second étage.
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