EP2930224A1 - Procede de production d'olefines legeres et de btx utilisant une unite fcc traitant une charge lourde de type vgo tres hydrotraite, couplee avec une unite de reformage catalytique et un complexe aromatique traitant une charge de type naphta - Google Patents

Procede de production d'olefines legeres et de btx utilisant une unite fcc traitant une charge lourde de type vgo tres hydrotraite, couplee avec une unite de reformage catalytique et un complexe aromatique traitant une charge de type naphta Download PDF

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EP2930224A1
EP2930224A1 EP15305501.7A EP15305501A EP2930224A1 EP 2930224 A1 EP2930224 A1 EP 2930224A1 EP 15305501 A EP15305501 A EP 15305501A EP 2930224 A1 EP2930224 A1 EP 2930224A1
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EP
European Patent Office
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fcc
unit
feedstock
aromatic
fraction
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Withdrawn
Application number
EP15305501.7A
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Bertrand Fanget
Abdelhakim Koudil
Alexandre Pagot
Romain Corroyer
Joana Fernandes
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Publication date
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Definitions

  • the invention is in the field of refining and petrochemical processes and achieves extensive integration between the FCC unit and the aromatic complex (CA).
  • the present invention relates more particularly to the case of FCC units treating heavy loads but highly hydrotreated, and thus having a hydrogen content greater than 13.5% by weight. During catalytic cracking, these charges have a coke deficit, which adversely affects the thermal balance of the FCC.
  • the present invention describes means for restoring a balanced thermal balance by exchange of material flow between the FCC and the aromatic complex (CA).
  • This fraction derived from the aromatic complex (CA) is recycled to the FCC reactor that can operate both in riser flow and downflow, and its conversion allows an increase in BTX yield. more than improving the thermal balance of the FCC unit.
  • the prior art also proposes recycle FCC effluents into an additional reactor in order to exhaust the potential of these unconverted sections such as the C4 fraction for example.
  • the present invention taking advantage of the immediate proximity of the FCC and the aromatic complex, proposes in addition to conventional recycles from the FCC, recycle the heavy aromatics flux from the aromatic complex initially dedicated to the gasoline pool.
  • the present invention also describes the possibility of preheating the FCC charge by recovering the heat from the furnaces of the catalytic reforming units.
  • the present invention thus proposes to recover a portion of the available heat in the convection zone of the preheating furnaces of the catalytic reforming feed in order to preheat the FCC feed.
  • the present invention can be defined as a process for producing C 2, C 3 and C 4 light olefins and BTX (benzene, toluene, xylenes) using a catalytic cracking unit (FCC) and an aromatic complex (CA) including a catalytic reforming unit for gasoline (RC).
  • FCC catalytic cracking unit
  • CA aromatic complex
  • RC catalytic reforming unit for gasoline
  • LCN feedstock from the catalytic cracking unit is defined by its distillation range (PI-160 ° C), PI (initial distillation point) ranging from 30 ° C to 60 ° C, and PF (final point of distillation) being defined at plus or minus 10 ° C, that is to say ranging from 150 ° C to 170 ° C.
  • the LCN feed is introduced in admixture with the charge (5) of the aromatic complex (CA).
  • the so-called heavy aromatic charge (11) produced by the aromatic complex (CA) is composed of aromatics with more than 10 carbon atoms. This heavy aromatic charge is sent in mixture with the charge (2) of the FCC unit where it brings by its power coquant the calories necessary for the closure of the thermal balance.
  • the charge (2) of the FCC unit is preheated in the furnaces of the catalytic reforming unit (RF), preferably in the convection zone of the latter.
  • the raffinate effluent (12) of the aromatic complex is sent to a separation unit (SPLIT2) which makes it possible to separate a light fraction (13) which is mixed with the feedstock ( 2) to the catalytic cracking unit (FCC), and a heavy fraction (14) which is mixed with the hydrotreated naphtha feedstock (4) to the catalytic reforming unit (REF).
  • SPLIT2 separation unit
  • the C4 and C5 light olefins originating from the separation box (BF), denoted stream 15, are sent to an oligomerization unit (OLG), and the effluents (16) of said oligomerization unit (15) are mixed with the feedstock (2) in the catalytic cracking unit (FCC).
  • OLG oligomerization unit
  • FCC catalytic cracking unit
  • the charge (2) of the FCC unit is preheated in the convection zone of the catalytic reforming furnaces (FREF) before being introduced as a feedstock of the catalytic cracking unit. (FCC).
  • FREF catalytic reforming furnaces
  • the FCC allows the production of a BTX recoverable flux in the aromatic complex.
  • the flow rate of light olefins produced by the FCC is increased.
  • the FCC benefits from a substantial coke input thanks to the recycling of at least a portion of the aromatic heavy fraction derived from the aromatic complex, which makes it possible to complete the heat balance.
  • the integration of the aromatic complex and FCC provides a process flow that optimizes and makes flexible the production and recovery of high value-added compounds, such as light olefins and BTX.
  • the heavy aromatics flux from the aromatic complex (11) is minimized or eliminated to the benefit of coke produced and useful for the thermal balance of the FCC, and BTX produced by cracking in the FCC.
  • the FCC charge can be preheated by the furnaces of the catalytic reformer unit, further improving the thermal balance of the FCC.
  • An FCC unit generally processes a heavy cut from the vacuum distillation unit such as VGO (abbreviation of "vacuum gas oil” terminology), or an atmospheric residue alone or in admixture.
  • VGO abbreviation of "vacuum gas oil” terminology
  • the load arriving at the FCC for example a VGO, may be significantly lighter due to pretreatment, usually a more or less advanced hydrotreatment, or because it comes from a conversion unit. wherein the initial charge has been greatly enriched in hydrogen.
  • This filler also has the advantage of containing few nitrogen and sulfur impurities, which leads to an LCN (abbreviation for "light cracked naphtha”) cut from catalytic cracking which can be oriented towards the entry of the aromatic complex generally in a mixture. with an ex-reforming charge.
  • LCN abbreviation for "light cracked naphtha”
  • This LCN feed may optionally be mixed with a steam cracker type feed to be hydrotreated before going to the aromatic complex.
  • the cracking reactions in the FCC also lead to the production of aromatic compounds and especially high value-added compounds such as benzene, toluene and xylene (especially para-xylene), noted overall BTX, that it will be possible to value in the FCC-Complexe Aromatique sequence.
  • the flexibility of the FCC also allows secondary loads to be treated in relation to the main load.
  • These secondary charges generally represent less than 10% by weight of the main charge and are recycles of available effluents, effluents which have a significant potential for light olefins. This is particularly the case of the so-called "raffinate" flow from the aromatic complex which is a low flux of aromatic compounds.
  • the FCC recycle of this type of highly cokant charge makes it possible to benefit from an additional source of coke, thus to balance the coke deficient thermal balance from a hydrogen-enriched main charge, and to be able to, at the same time , increase the BTX yield of the aromatic complex.
  • the figure 1 represents a diagram of the sequence according to the present invention.
  • the feedstock entering the hydroconversion unit is a heavy feedstock generally derived from vacuum distillation.
  • VGO vacuum distillate
  • the feed to the FCC can be any mixture of hydrotreated VGO feedstock and UCO feedstock in the previously defined sense.
  • the naphtha feedstock for hydrotreatment is a gasoline cut whose initial boiling point is generally above 30 ° C and the final boiling point is generally below 220 ° C. It is treated in a hydrotreating unit in order to rid it of sulfur compounds, so as to reach an S content of less than 0.5 ppm.
  • the desulfurized gasoline effluent (30-220 ° C) is sent to the catalytic reforming unit (RC) after being heated in an exchange train comprising furnaces.
  • Another factor of integration of the FCC with the aromatic complex is achieved by the use of reforming furnaces as a means of preheating the charge of said FCC, preferably in the convection zone of these furnaces, which generally corresponds to approximately 25% -35%. total heating power. This preheating contributes to the achievement of the thermal balance of FCC made deficient in coke because of its highly hydrogenated charge.
  • the heavy aromatics flux from the aromatic complex (CA) is recycled to the FCC, not by burning it in the regenerator, but by treating it as a mixture with the feedstock in the FCC reactor.
  • this heavy aromatics stream (11) will be converted into BTX aromatics and additional coke (with respect to the highly hydrogenated feedstock) allowing the closure of the overall thermal balance of the FCC unit.
  • the raffinate is recycled to the raffinate from the aromatic complex so that it is predominantly cracked with propylene, butenes and ethylene.
  • the FCC contributes to a higher production of BTX aromatics, because the lightly cracked LCN gasoline fraction, almost free of sulfur and other impurities due to the hydroconversion stage of the heavy load, is sent aromatic complex (CA) to extract and process aromatics to produce a maximum of benzene, toluene and para-xylene.
  • CA aromatic complex
  • the figure 2 shows a variant of the present invention in which the raffinate from the aromatic complex is divided in two; the light part goes to the FCC, while the heavy part is recycled to the aromatic complex.
  • it may be desired to extract even more valuable aromatics from the assembly by sending the HCN heavy cracking gasoline into the starting naphtha stream so that said HCN feed undergoes a hydrotreatment before entering the aromatic complex ( IT).
  • the heavy fraction (16) resulting from the fractionation of the FCC may be recycled in part or in whole to the FCC reactor to make even more olefins and aromatics, as well as for the production of additional essential coke at the same time. thermal balance of the FCC unit.
  • the figure 3 shows another variant of the present invention which consists in separating from the C5 cut at the outlet of the FCC reactor so as to send in the cold box a part comprising the dry gases, the LPGs as well as the compounds with five carbon atoms for be further separated and thus make it possible to isolate the fraction C4 and C5 to recycle it into the reaction section of the FCC or send it to an oligomerization unit (OLG) and then send the oligomerate thus formed to the FCC reactor, which increases the yields of light olefins.
  • OLG oligomerization unit
  • the FCC can be equipped in addition to the main reactor treating highly hydrogenated feed, another reactor, called secondary, dedicated to various light cuts whose cracking conditions may be more severe.
  • the first feedstock (1) entering the FCC-Petrochemical Unit is an unconverted oil from a VGO hydrocracking unit or a highly hydrotreated VGO.
  • Table 1 gives property ranges for such a type of load. ⁇ b> Table 1 - Main FCC Load Characteristic ⁇ / b> Typical load Min / Max Nitrogen compounds mg / kg 7.84 1 - 50 Conradson Carbon ⁇ 0.2% ⁇ 1 PI (0.50%) ° C 244.1 > 240 PF (99.50%) ° C 649.4 ⁇ 700 Hydrogen (NMR) % m / m 14.2 13.5 - 14.5 SPGR 15 ° C kg / m3 844.8 800 - 920 saturated % m / m 92.1 85 - 98 aromatic % m / 4.9 2 - 10 resins % m / 0.7 ⁇ 5 Vanadium (FX) mg / kg ⁇ 2 ⁇ 5 Nickel (FX) mg / kg ⁇ 2 ⁇ 5
  • the light cracked gasoline stream (9) noted as LCN from the FCC is recycled to the aromatic complex (CA). It is a depentanized cut whose initial boiling point (PI) is greater than 30 ° C.
  • the boiling point (PF) is usually 160 ° C.
  • the heavy cracked gasoline stream (17) denoted HCN from the FCC is generally richer in aromatics than the LCN fraction, with an initial point (PI) corresponding to the final cut point of the LCN and a final cut point ( PF) generally not exceeding 220 ° C.
  • This HCN cut is often richer in sulfur than the light fraction of FCC gasoline. Under severe cracking conditions, its yield is low, but it concentrates the sulfur compounds of the total FCC gasoline.
  • the heavy fraction stream (16) from the fractionation of the liquid effluents of the FCC is a hydrocarbon fraction whose initial boiling point (PI) is 220 ° C. This stream concentrates most of the sulfur and nitrogen compounds initially present in the feed, and can be wholly or partly recycled to the FCC reactor.
  • the heavy aromatic stream (11) derived from the aromatic complex and recycled to the FCC reactor is composed mainly of aromatic compounds whose carbon number is greater than or equal to 10.
  • the initial distillation temperature (PI) of this stream (11) is generally greater than 190 ° C.
  • the raffinate stream (12) from the aromatic complex is a cut almost free of aromatic compounds.
  • the initial boiling point (PO) of this cup is above 30 ° C, and its boiling end point (PF) is variable, but is normally between 150 ° C and 220 ° C.
  • the raffinate stream (12) can optionally be split into two fractions with an intermediate point between 75 ° C and 150 ° C.
  • the FCC unit is a highly hydrotreated VGO catalytic cracking unit or unconverted oil from VGO hydro-conversion units.
  • the FCC unit in the context of the present invention has at least one main reactor operating, either upflow ("riser”) or downflow (“downer”).
  • the FCC unit has a separator-stripper section in which the catalyst is separated from the hydrocarbon effluents.
  • the FCC unit furthermore has a regeneration section of the catalyst in which the coke formed during the reaction and deposited on the catalyst is burned in a flow of air generating combustion fumes and recovering most of the heat required by the reactor in the form of sensible heat of the catalyst itself.
  • the FCC unit has its own hydrocarbon effluent treatment section including a plant gas allowing a separation of light olefins (ethylene, propylene, butenes) from the other gases: hydrogen, methane, ethane, propane.
  • a plant gas allowing a separation of light olefins (ethylene, propylene, butenes) from the other gases: hydrogen, methane, ethane, propane.
  • the heavier part of the hydrocarbon effluents is treated in a separation section comprising at least one fractionation unit (FRAC) for recovering the typical distillation range cut [30 ° C - 160 ° C], called LCN cut, which is recycled to the aromatic complex (CA).
  • FRAC fractionation unit
  • the intermediate portion comprising the hydrocarbons with 4 and 5 carbon atoms can be either recycled directly to the FCC or preferentially be sent to an oligomerization unit to obtain a polyC4 / C5 oligomer whose crackability in catalytic cracking processes is clearly greater than that of non-oligomerized compounds, or be upgraded to their dedicated pool.
  • the FCC unit is preferably operated at high severity (high riser output temperature, high catalyst to load ratio: C / O).
  • the range of operating conditions is given in Table 2 below. ⁇ b> Table 2 - Operating Conditions of the FCC Unit ⁇ / b> Condition Low Max TSR, ° C 500 650 C / O, kg / kg 5 30
  • the catalyst may be any type of catalyst preferably containing a high proportion of zeolite. This can be a common catalyst for FCC. It may be additive or not ZSM-5, or may even be composed of 100% ZSM-5.
  • Example 1 cracking of a heavy load highly hydrogenated (not according to the invention)
  • This example shows the separate yields of one FCC unit treating a converted no-feed hydrocracker feedstock of a vacuum distillate whose typical composition is given in Table 3 below, and those of an aromatic complex allowing recovery of BTX, without integration of FCC units and aromatic complex.
  • Table 3 Table 3 - Characteristic of FCC cracked load.
  • Example 2 implements the synergies between the FCC and the aromatic complex according to the scheme of the invention.
  • figure 1 by sending to the reaction section of the FCC, the heavy aromatic charge (11) which is an aromatic compound (CA) effluent having an initial distillation point (5%) of about 190 ° C.
  • CA aromatic compound
  • This heavy aromatic charge (11) is composed of 100% aromatics; the majority (70% w / w) are compounds with 11 or 12 carbon atoms; the remaining 30% by weight are aromatics with 10 carbon atoms.
  • CA aromatic complex

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Abstract

La présente invention concerne les unités de FCC traitant des charges lourdes enrichies en hydrogène, telle par exemple qu'un VGO très hydrotraité, ou la partie non convertie à l'issue d'un hydrocraquage de ce même type de charge VGO, charges qui présentent la caractéristique de craquer en oléfines légères telles que l'éthylène et le propylène. L'intégration d'un FCC avec un complexe aromatique permet la récupération par le complexe aromatique des BTX formés dans le FCC, et la récupération par le FCC du flux de fond de la colonne aromatiques lourds du complexe aromatique.

Description

    DOMAINE DE L'INVENTION
  • L'invention se situe dans le domaine des procédés de raffinage et de pétrochimie et réalise une intégration poussée entre l'unité FCC et le complexe aromatique (CA). La présente invention concerne plus particulièrement le cas des unités FCC traitant des charges lourdes mais fortement hydrotraitées, et possédant de ce fait une teneur en hydrogène supérieure à 13,5% poids. Lors du craquage catalytique, ces charges présentent un déficit en coke, ce qui impacte défavorablement le bilan thermique du FCC.
  • La présente invention décrit des moyens permettant de rétablir un bilan thermique équilibré par échange de flux de matière entre le FCC et le complexe aromatique (CA).
    • EXAMEN DE L'ART ANTERIEUR
  • Il est connu de l'art antérieur que le craquage de coupes très hydrogénées dans les procédés FCC pose certains problèmes pour le bouclage thermique lié au fait que ces charges ne sont pas de bons précurseurs de coke et impliquent que la balance thermique de ces unités ne peut être atteinte que par un apport de chaleur externe au procédé. Il est courant de trouver des inventions qui proposent de brûler dans le régénérateur des charges très lourdes riches en carbone du type « torch oil ».
  • D'autres inventions décrivent le recycle d'une coupe cokante dans le stripeur ou dans une capacité en dérivation du stripeur. La présente invention propose de recycler vers l'unité de FCC une coupe cokante issue du complexe aromatique.
  • Cette coupe issue du complexe aromatique (CA) est recyclée au réacteur du FCC qui peut fonctionner aussi bien en écoulement ascendant (« riser ») qu'en écoulement descendant (« downer »), et sa conversion permet une augmentation du rendement en BTX en plus de l'amélioration du bilan thermique de l'unité FCC.
  • Il n'est pas dans la pratique de l'homme du métier d'enchainer des procédés permettant la récupération des BTX formés dans les unités de FCC, car ces molécules à fortes valeurs ajoutées sont noyées dans des effluents desquels il est difficile de les extraire à faible coût. L'intégration du FCC au complexe aromatique propose le recycle de la coupe naphta de craquage léger, coupe dite "LCN" formée dans le FCC, vers le complexe aromatique (CA) pour procéder à l'extraction des aromatiques présentant un intérêt commercial.
  • L'art antérieur propose également des recycles d'effluents de FCC dans un réacteur additionnel afin d'épuiser au maximum le potentiel de ces coupes non converties telles que la coupe C4 par exemple.
  • La présente invention, tirant partie de la proximité immédiate du FCC et du complexe aromatique, propose en plus des recycles classiques en provenance du FCC, le recycle du flux d'aromatiques lourds issu du complexe aromatique initialement dédié au pool essence.
  • Par ailleurs, la présente invention décrit également la possibilité de préchauffer la charge du FCC par récupération de la chaleur des fours des unités de reformage catalytique. La présente invention, propose ainsi de récupérer une partie de la chaleur disponible dans la zone de convection des fours de préchauffe de la charge du reformage catalytique dans le but de préchauffer la charge du FCC.
    • DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES
    • La figure 1 représente un schéma du procédé selon la présente invention dans sa version de base. On a utilisé les abréviations suivantes pour désigner les principales unités : HCV pour l'hydroconversion, HDT pour l'hydrotraitement, FCC pour le craquage catalytique, RC pour le reformage catalytique de l'essence, CA pour le complexe aromatique.
    • La figure 2 représente une première variante du schéma de base dans laquelle le flux de raffinat issu du complexe aromatique est divisé en deux flux, un flux léger qui est envoyé en mélange avec la charge du FCC et un flux lourd qui est envoyé en mélange avec la charge du reformage catalytique des essences.
    • La figure 3 représente une seconde variante du schéma de base dans laquelle un flux composé majoritairement d'oléfines en C4 et C5 est isolé au niveau de la séparation par boite froide (SBF) en aval du FCC pour être envoyé dans une unité d'oligomérisation (OLG) qui permet de produire des oléfines plus longues alimentant l'unité FCC en mélange avec la charge principale.
    DESCRIPTION SOMMAIRE DE L'INVENTION
  • La présente invention peut se définir comme un procédé de production d'oléfines légères en C2, C3 et C4 et de BTX (benzène, toluène, xylènes) faisant appel à une unité de craquage catalytique (FCC) et un complexe aromatique (CA) incluant une unité de reformage catalytique des essence (RC).
  • Ces trois unités fonctionnent en synergie au sens où elles échangent à la fois des flux de matière et de chaleur.
  • La charge dite LCN issue de l'unité de craquage catalytique (FCC) est définie par son intervalle de distillation (PI-160°C), PI (point de distillation initial) pouvant varier de 30°C à 60°C, et PF (point de distillation final) étant défini à plus ou moins 10°C, c'est-à-dire pouvant varier de 150°C à 170°C.
  • Cette définition de la coupe LCN reste valable pour l'ensemble du présent texte. Par simplification on continue de la noter PI-160°C.
  • La charge LCN est introduite en mélange avec la charge (5) du complexe aromatique (CA).
  • La charge dite aromatiques lourds (11) produite par le complexe aromatique (CA), est composée d'aromatiques à plus de 10 atomes de carbone. Cette charge aromatiques lourds est envoyée en mélange avec la charge (2) de l'unité FCC où elle apporte par son pouvoir coquant les calories nécessaires au bouclage du bilan thermique.
  • Enfin la charge (2) de l'unité FCC est préchauffée dans les fours de l'unité de reformage catalytique (RF), préférentiellement dans la zone de convection de ces derniers.
  • Plus précisément la présente invention peut se définir comme un procédé de production d'oléfines légères et de BTX à partir d'une première charge de type VGO hydrotraité ou huile non convertie (UCO) résultant d'un procédé d'hydroconversion, ou d'un mélange quelconque de ces deux charges, et d'une seconde charge de type naphta, de point initial d'ébullition supérieur à 30°C et de point final d'ébullition inférieur à 220°C, ledit procédé comprenant une unité de craquage catalytique (FCC) traitant la charge VGO hydrotraité ou l'huile non convertie (UCO), une unité de reformage catalytique (RC) traitant la charge dite naphta (30°C-220°C), et d'un complexe aromatique (CA) alimenté par les effluents du reformage catalytique (RC), et la fraction dite LCN (PI-160°C) des effluents du FCC, ledit procédé comportant la suite d'opérations suivantes :
    • On envoie la charge VGO hydrotraité ou l'huile non convertie UCO (2), ou un mélange quelconque des deux charges, dans une unité FCC qui produit des effluents (6) qui sont envoyés dans une unité de fractionnement (FRAC) de laquelle on extrait une fraction légère (8), une coupe LCN (PI-160°C), une coupe HCN (160°C-220°C), et une fraction lourde (220°C+),
    • On envoie la fraction légère (8) dans une boite de séparation, dite boite froide (BF), permettant de séparer les oléfines légères, éthylène et propylène, les gaz secs (H2 et CH4), et les paraffines légères en C2, C3 et C4,
      On envoie la coupe essence (PI-160°C), dite LCN (9), au complexe aromatique (CA) en mélange avec les effluents (5) du reformage catalytique (RF) pour former la charge (10) du complexe aromatique (CA),
    • la coupe HCN (160°C-220°C) est valorisée en tant que telle,
    • la fraction lourde (220°C+) de point initial d'ébullition supérieur à 220°C qui dans ce cas possède un potentiel de craquage non négligeable, est recyclée au FCC
    • On envoie le naphta hydrotraité (4) comme charge de l'unité de reformage catalytique (REF),
    • On extrait du complexe aromatique (CA) les BTX, un raffinat (12) défini comme la partie non aromatique des effluents, qui est envoyé au moins en partie en mélange avec la charge (2) du FCC, et une fraction dite aromatiques lourds (11) qui est également envoyée en mélange avec la charge (2) du FCC.
  • Selon une première variante du procédé de la présente invention, l'effluent raffinat (12) du complexe aromatique est envoyé dans une unité de séparation (SPLIT2) qui permet de séparer une fraction légère (13) qui est envoyée en mélange avec la charge (2) à l'unité de craquage catalytique (FCC), et une fraction lourde (14) qui est envoyée en mélange avec la charge naphta hydrotraité (4) à l'unité de reformage catalytique (REF).
  • Selon une seconde variante du procédé selon l'invention, les oléfines légères en C4 et C5 issues de la boite de séparation (BF), noté flux 15, sont envoyées dans une unité d'oligomérisation (OLG), et les effluents (16) de ladite unité d'oligomérisation (15) sont envoyés en mélange avec la charge (2) dans l'unité de craquage catalytique (FCC).
  • Selon une troisième variante du procédé selon l'invention, la charge (2) de l'unité FCC est préchauffée dans la zone de convection des fours de reformage catalytique (FREF) avant d'être introduite comme charge de l'unité de craquage catalytique (FCC).
  • Au final les avantages qui sont apportés par la présente invention peuvent être résumés dans les points suivants :
  • Le FCC permet la production d'un flux valorisable en BTX dans le complexe aromatique. Le débit d'oléfines légères produites par le FCC est augmenté.
  • Les débits en aromatiques valorisables en pétrochimie issus du complexe aromatique (BTX) sont augmentés.
  • Le FCC bénéficie d'un apport conséquent en coke grâce au recycle d'une partie au moins de la coupe aromatiques lourds issus du complexe aromatique, ce qui permet de boucler le bilan thermique.
  • L'intégration du complexe aromatique et du FCC permet d'obtenir un schéma de procédé qui optimise et rend flexible la production et la récupération des composés à forte valeur ajoutée, tels que les oléfines légères et les BTX.
  • Le flux aromatiques lourds issu du complexe aromatique (11) est diminué au maximum, voire éliminé, au bénéfice de coke produit et utile au bilan thermique du FCC, et de BTX produits par le craquage dans le FCC.
  • La charge du FCC peut être préchauffée par les fours de l'unité de reformage catalytique, ce qui permet d'améliorer encore la balance thermique du FCC.
    • DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
  • Une unité FCC traite généralement une coupe lourde issue de l'unité de distillation sous vide comme le VGO (abréviation de la terminologie « vacuum gaz oil »), ou encore un résidu atmosphérique seul ou en mélange. Il arrive cependant que la charge arrivant au FCC, par exemple un VGO, puisse être nettement plus légère du fait d'un prétraitement préalable, généralement un hydrotraitement plus ou moins poussé, ou bien du fait qu'elle provient d'une unité de conversion dans laquelle la charge initiale s'est fortement enrichie en hydrogène.
  • Une telle charge présente, de par sa forte teneur en hydrogène (supérieure à 13,5% pds de la charge), un fort potentiel en oléfines légères surtout en propylène (C3=), butènes (C4=), mais également en éthylène (C2=).
  • Cette charge présente également l'avantage de contenir peu d'impuretés azotées et soufrées, ce qui conduit à une coupe LCN (abréviation de « light cracked naphta ») issue du craquage catalytique pouvant être orientée vers l'entrée du complexe aromatique généralement en mélange avec une charge ex-reforming.
  • Cette charge LCN peut éventuellement être mélangée à une charge de type essence de vapocraqueur pour être hydrotraitée avant d'aller vers le complexe aromatique.
  • Les réactions de craquage dans le FCC conduisent également à la production de composés aromatiques et notamment des composés à forte valeur ajoutée tels que le benzène, le toluène et le xylène (notamment le para-xylène), notés globalement BTX, qu'il sera possible de valoriser dans l'enchainement FCC-Complexe Aromatique.
  • La flexibilité du FCC permet en plus de traiter des charges secondaires par rapport à la charge principale.
  • Ces charges secondaires représentent en général moins de 10% poids de la charge principale et sont des recycles d'effluents disponibles, effluents qui ont un potentiel non négligeable en oléfines légères. C'est le cas notamment du flux dit « raffinat » issu du complexe aromatique qui est un flux pauvre en composés aromatiques.
  • Dans le contexte de la présente invention, c'est-à-dire de la proximité de l'unité FCC et du complexe aromatique (CA), il est facile de recycler le flux « raffinat » vers l'unité FCC en tant que charge secondaire.
  • Les effluents les plus lourds issus du complexe aromatiques (CA), généralement des aromatique à 10 ou plus atomes de carbone, présentent l'intérêt d'être très cokants lors d'un craquage catalytique.
  • Le recycle au FCC de ce type de charge très cokante permet de bénéficier d'une source de coke supplémentaire, donc d'équilibrer le bilan thermique déficitaire en coke provenant d'une charge principale enrichie en hydrogène, et de pouvoir, dans le même temps, augmenter le rendement en BTX du complexe aromatique.
  • La figure 1 représente un schéma de l'enchainement selon la présente invention.
  • La charge entrant dans l'unité d'hydroconversion (HCV) est une charge lourde généralement issue d'une distillation sous vide.
  • C'est le plus souvent un distillat sous vide, noté VGO, dont le point initial d'ébullition est généralement supérieur à 340°C, et dont le point final peut être variable, mais est généralement inférieur à 700°C.
  • On peut par exemple avoir un distillat sous vide léger (LVGO) ou un distillat sous vide lourd HVGO, selon le point de coupe intermédiaire adopté. En sortie de l'unité de conversion (HCV), la partie non convertie, soit la partie dite 340 °C+, (notée UCO) se trouve purifiée avec très peu de soufre et d'azote comparée à la charge d'origine, mais surtout, elle s'est sensiblement enrichie en hydrogène, jusqu'à atteindre des teneurs au-delà de 13,5% et un carbone résiduel relativement bas inférieur à 0,5%.
  • C'est la totalité ou une partie de cette huile non convertie qui est envoyée au craquage catalytique FCC.
  • En résumé la charge entrant au FCC peut être un mélange quelconque de charge VGO hydrotraité et de charge UCO au sens précédemment défini.
  • La charge naphta allant à l'hydrotraitement (HDT) est une coupe essence dont le point d'ébullition initial est généralement supérieur à 30°C et le point d'ébullition final est généralement inférieur à 220°C. Elle est traitée dans une unité d'hydrotraitement afin de la débarrasser des composés soufrés, de manière à atteindre une teneur en S inférieure à 0,5 ppm.
  • L'effluent essence désulfuré (30-220°C) est envoyé à l'unité de reformage catalytique (RC) après avoir été chauffé dans un train d'échange comprenant des fours.
  • La désaturation des molécules produit de l'hydrogène qui s'accompagne d'un enrichissement de la fraction essence en aromatiques. Cette fraction riche en aromatiques est alors envoyée au complexe aromatique (CA) pour l'extraction/production d'aromatiques notamment le benzène, le toluène et les xylènes (BTX).
  • La figure 1, montre comment le FCC se trouve relié à l'ensemble reforming (RC)-complexe aromatique (CA) par deux flux :
    • un premier flux étant constitué par l'effluent dit LCN (PI-160°C) issu du FCC, et qui est envoyé au complexe aromatique, en mélange avec la charge principale dudit complexe aromatique (CA).
    • un second flux est constitué par l'effluent aromatiques lourds issu du complexe aromatique, qu'on peut définir comme l'ensemble des molécules de plus de 10 atomes de carbone et qui est envoyé au FCC en mélange avec la charge dudit FCC.
  • Un autre facteur d'intégration du FCC au complexe aromatique est réalisé par l'utilisation des fours de reforming comme moyen de préchauffe de la charge dudit FCC, préférentiellement dans la zone de convection de ces fours qui correspond généralement à environ 25% -35% de la puissance totale de chauffe. Cette préchauffe contribue à la réalisation du bilan thermique du FCC rendu déficitaire en coke du fait de sa charge fortement hydrogénée.
  • On recycle au FCC le flux d'aromatiques lourds issu du complexe aromatique (CA), non pas en le brulant dans le régénérateur, mais en le traitant en mélange avec la charge dans le réacteur du FCC. Ainsi ce flux d'aromatiques lourds (11) va se convertir en donnant des aromatiques BTX et du coke supplémentaire (par rapport à la charge fortement hydrogénée) permettant le bouclage du bilan thermique globale de l'unité de FCC.
  • Pour une production améliorée du FCC en oléfines légères, on recycle au riser le raffinat en provenance du complexe aromatique de sorte à le craquer majoritairement en propylène, butènes et éthylène.
  • Dans l'autre sens, le FCC contribue à une plus importante production d'aromatiques BTX, car la partie essence craquée légère dite LCN quasiment exempte de soufre et autres impuretés du fait de l'étape d'hydroconversion de la charge lourde, est envoyée au complexe aromatique (CA) pour faire l'extraction et la transformation des aromatiques afin de produire un maximum de benzène, toluène et para-xylène.
  • Cette mise en oeuvre entre les deux complexes, permet des synergies très appréciables.
  • La figure 2, montre une variante de la présente invention dans laquelle le raffinat issu du complexe aromatique est divisé en deux; la partie légère allant au FCC, alors que la partie lourde est recyclée au complexe aromatique. De plus, on peut vouloir extraire encore plus d'aromatiques valorisables de l'ensemble en envoyant l'essence de craquage lourde HCN dans le flux de naphta de départ de sorte que ladite charge HCN subisse un hydrotraitement avant de rentrer dans le complexe aromatique (CA).
  • La fraction lourde (16) issue du fractionnement du FCC peut être de préférence recyclé en partie ou en totalité au réacteur du FCC pour faire encore plus d'oléfines et d'aromatiques, ainsi que pour la production d'un surcroit de coke essentiel au bilan thermique de l'unité FCC.
  • La figure 3 montre une autre variante de la présente invention qui consiste à séparer à partir de la coupe C5 en sortie du réacteur FCC de sorte à envoyer dans la boite froide une partie comprenant les gaz secs, les LPG ainsi que les composés à cinq atomes de carbone pour être encore séparés et ainsi permettre d'isoler la fraction C4 et C5 pour la recycler dans la section réactionnelle du FCC ou l'envoyer dans une unité d'oligomérisation (OLG) pour ensuite envoyer l'oligomérat ainsi formé dans le réacteur du FCC, ce qui augmente les rendements en oléfines légères.
  • Bien entendu les variantes des figures 2 et 3 peuvent parfaitement être mises en oeuvre séparément ou être combinées.
  • Éventuellement, le FCC peut être équipée en plus du réacteur principal traitant la charge fortement hydrogénée, d'un autre réacteur, dit secondaire, dédié à diverses coupes légères dont les conditions de craquage peuvent être plus sévères.
    • Caractéristiques des flux du complexe FCC+CA
  • La première charge (1) entrant dans l'unité FCC-Pétrochimique est une huile non convertie issue d'une unité d'hydrocraquage de VGO ou un VGO fortement hydrotraité. Le Tableau 1 donne des intervalles de propriétés pour un tel type de charge. Tableau 1 - Caractéristique de la charge principale du FCC
    Charge type Min/Max
    Composés azotés mg/kg 7,84 1 - 50
    Carbone Conradson < 0,2% < 1
    PI (0,50 %) °C 244,1 > 240
    PF (99,50 %) °C 649,4 < 700
    Hydrogène (RMN) % m/m 14,2 13,5 - 14,5
    SPGR 15°C kg/m3 844,8 800 - 920
    Saturés % m/m 92,1 85 - 98
    Aromatiques % m/m 4,9 2 - 10
    Résines % m/m 0,7 <5
    Vanadium (FX) mg/kg <2 <5
    Nickel (FX) mg/kg <2 <5
    Soufre (FX) ppm 54,6 <100
  • Le flux d'essence de craquage légère (9) noté LCN issu du FCC est recyclé au complexe aromatique (CA). Il s'agit d'une coupe dépentanisée dont le point d'ébullition initial (PI) est supérieur à 30°C.
  • Le point final d'ébullition (PF) est généralement de 160°C.
  • Le flux d'essence de craquage lourde (17) noté HCN issu du FCC est généralement plus riche en aromatiques que la fraction LCN, avec un point initial (PI) correspondant au point de coupe final de la LCN et un point de coupe final (PF) ne dépassant généralement pas les 220°C.
  • Cette coupe HCN est souvent plus riche en soufre que la fraction légère de l'essence de FCC. Dans des conditions de craquage sévères, son rendement est faible, mais elle concentre les composés soufrés de l'essence totale de FCC.
  • Le flux de fraction lourde (16) issu du fractionnement des effluents liquides du FCC est une coupe d'hydrocarbures dont le point d'ébullition initial (PI) est de 220°C. Ce flux concentre la majeure partie des composés soufrés et azotés initialement présents dans la charge, et peut être en totalité ou en partie recyclée au réacteur du FCC.
  • Le flux d'aromatiques lourds (11) issu du complexe aromatique et recyclé au réacteur du FCC est composé en majorité de composés aromatiques dont le nombre de carbone est supérieur ou égal à 10.
  • La température de distillation initiale (PI) de ce flux (11) est généralement supérieure à 190°C.
  • Le flux de raffinat (12) issu du complexe aromatique est une coupe quasiment exempte de composés aromatiques. Le point initial d'ébullition (PI) de cette coupe est supérieur à 30 °C, et son point final d'ébullition (PF) est variable, mais est normalement compris entre 150°C et 220°C. Le flux de raffinat (12) peut éventuellement être coupé en deux fractions avec un point intermédiaire compris entre 75°C et 150°C.
    • Conditions opératoires de l'unité de FCC
  • L'unité de FCC est une unité de craquage catalytique de VGO très hydrotraité ou d'huile non convertie issue d'unités d'hydro-conversion de VGO. L'unité FCC dans le contexte de la présente invention possède au moins un réacteur principal fonctionnant, soit en écoulement ascendant (« riser »), soit en écoulement descendant (« downer »).
  • L'unité FCC possède une section séparateur-stripper dans laquelle le catalyseur est séparé des effluents hydrocarbonés.
  • L'unité FCC possède en outre une section régénération du catalyseur dans laquelle le coke formé lors de la réaction et déposé sur le catalyseur est brulé dans un flux d'air générant des fumées de combustion et permettant de récupérer la majeure partie de la chaleur nécessaire au réacteur sous forme de chaleur sensible du catalyseur lui-même.
  • L'unité de FCC possède sa propre section de traitement des effluents hydrocarbonés avec notamment un gaz plant permettant une séparation des oléfines légères (éthylène, propylène, butènes) des autres gaz : hydrogène, méthane, éthane, propane.
  • La partie plus lourde des effluents hydrocarbonés est traitée dans une section de séparation comprenant au moins une unité de fractionnement (FRAC) permettant de récupérer la coupe d'intervalle de distillation typique [30°C - 160°C], coupe dite LCN, qui est recyclée au complexe aromatique (CA).
  • La partie intermédiaire comprenant les hydrocarbures à 4 et 5 atomes de carbone peut être soit recyclée directement au FCC soit préférentiellement être envoyée à une unité d'oligomérisation afin d'obtenir un oligomérat polyC4/C5 dont la craquabilité dans les procédés de craquage catalytique est nettement supérieure à celle des composés non oligomérisés, soit être valorisée vers leur pool dédié.
  • L'unité FCC est opérée de préférence à haute sévérité (forte température de sortie riser ; fort ratio catalyseur sur charge : C/O). La gamme de conditions opératoires est donnée dans le Tableau 2 ci-dessous. Tableau 2 - Gamme des conditions opératoires de l'unité de FCC
    Condition Min Max
    TSR, °C 500 650
    C/O, kg/kg 5 30
  • Le catalyseur peut être tout type de catalyseur de préférence contenant une forte proportion de zéolite. Cela peut être un catalyseur usuel de FCC. Il pourra être additivé ou non de ZSM-5, ou pourra même être composé à 100% de ZSM-5.
    • EXEMPLES
  • Des essais en laboratoire avec des catalyseurs de FCC commerciaux avec ou sans additifs de type ZSM-5 ont été conduits pour valider les résultats de la présente invention. Les tests ont été menés à des conditions de sévérité élevées pour la simulation de l'unité FCC : TSR = 605 °C ± 5 °C et C/O = 15 ± 1 kg/kg.
    • Exemple 1 : craquage d'une charge lourde fortement hydrogénée (non conforme à l'invention)
  • Cet exemple présente les rendements séparés d'une unité de FCC traitant une charge de type no converti d'hydrocraqueur d'un distillat sous vide dont la composition type est donnée dans le Tableau 3 ci-dessous, et ceux d'un complexe aromatique permettant la récupération des BTX, sans intégration des unités FCC et du complexe aromatique. Tableau 3 - Caractéristique de la charge du FCC craquée.
    Charge FCC
    Composés azotés mg/kg 7,84
    Carbone Conradson < 0,2%
    PI (0,50 %) °C 244,1
    PF (99,50 %) °C 649,4
    Hydrogène (RMN) %m/m 14,2
    SPGR 15°C kg/m3 844,8
    Saturés %m/m 92,1
    Aromatiques % m/m 4,9
    Résines % m/m 0,7
    Vanadium (FX) mg/kg <2
    Nickel (FX) mg/kg <2
    Soufre (FX) ppm 54,6
  • La structure de rendement donnée dans le tableau 4 a été obtenue lors du craquage de cette charge type à une sévérité élevée :
    • Température = 607°C en sortie Riser, C/O = 16.
    Tableau 4 - Rendement massique en composé/coupe du craquage de l'effluent non-converti de l'hydrocraquage.
    Composé/Coupe % pds Détails PI-160°C 28,7 % pds
    C2= 2,8 NormalesParaffines 1,2
    C3= 22,4 Iso-Paraffines 6,7
    C4= 23,1 Naphthenes 0,6
    LCN (PI-160°C) 28,7 Olefines 16
    HCN (160-220°C) 3,8 Di-Olefines 0,1
    Fraction lourde (220+°C) 3,3 Aromatiques 4,1
    Coke 3,1 C6 Aromatiques 0,6
    C7 Aromatiques 0,8
    C8 Aromatiques 2,4
  • Dans le cas d'une unité commerciale de 10000 tonne/jour de charge lourde hydrogénée, nous obtenons les débits suivants pour les principaux composants d'intérêt pour la pétrochimie : Tableau 5 - Débits de sortie FCC des composés d'intérêt.
    Débit (tonne/jour)
    Éthylène 280
    Propylène 2240
    Butènes 2310
    C6 Aromatique 60
    C7 Aromatique 80
    C8 Aromatique 240
    Coke 310
  • Dans les conditions opératoires du FCC, et en combustion totale au régénérateur, un déficit en puissance de chauffe de 20% au régénérateur est constaté. Ce déficit n'est rattrapable dans une unité FCC que par le brulage dans le régénérateur d'une coupe de type « torch oil » ou tout autre type de fuel.
  • Pour une unité commerciale de reformage des essences qui traite 6000 tonne/jour d'un naphta de point initial à 85°C et un point final à 180°C, et pour une sévérité moyenne au reformer donnant un RON de 95, on obtient les débits suivants d'aromatiques et des flux d'échange avec le FCC : Tableau 6 - Quelques débits sortant d'un complexe aromatique traitant un flux d'essence de reformage (6000 tonne/jour au reformer)
    Débit (tonne/jour)
    C6 Aromatique 372
    C7 Aromatique 1134
    C8 Aromatique 1272
    Aromatiques lourds 426
    Raffinat 1326
    • Exemple 2: Craquage d'une charge aromatique lourde en provenance d'un complexe aromatique en addition à la charge lourde fortement hydrogénée
  • Dans les mêmes conditions opératoires que pour l'exemple 1, l'exemple 2 met en oeuvre les synergies entre le FCC et le complexe aromatique selon le schéma de la figure 1, en envoyant à la section réactionnelle du FCC, la charge des aromatiques lourds (11) qui est un effluent de composés aromatique (CA) dont le point initial de distillation (5%) se situe à environ 190°C.
  • Cette charge aromatiques lourds (11) est composée à 100% d'aromatiques ; la majorité (70 % m/m) sont des composés à 11 ou 12 atomes de carbone ; les 30 % pds restants sont des aromatiques à 10 atomes de carbone.
  • Le traitement de cette charge secondaire se fait en mélange avec la charge principale du FCC définie dans l'exemple 1.
  • Les effluents principaux sont alors les suivants : Tableau 7 - Débits de sortie des composés d'intérêt après intégration du FCC au complexe aromatique.
    Débit (tonne/jour)
    Éthylène 285
    Propylène 2245
    Butènes 2312
    C6 Aromatique 476
    C7 Aromatique 1287
    C8 Aromatique 1535
    Coke 384
  • On améliore ainsi la production de coke pour le FCC et avec l'augmentation de la température d'entrée de la charge du FCC, le bilan thermique du FCC est correctement réalisé, alors que l'exemple 1 faisait apparaitre un déficit de 20% du bilan thermique de l'unité FCC.
  • Pour le complexe aromatique (CA), la production d'aromatiques est nettement améliorée du fait de la charge LCN en provenance du FCC.
  • On augmente ainsi les rendements de BTX de respectivement 28% benzène), 13% (toluène) et 21% (xylènes) par rapport à une unité sans la proximité d'un FCC.

Claims (4)

  1. Procédé de production d'oléfines légères et de BTX à partir d'une première charge de type VGO hydrotraité ou huile non convertie (UCO) résultant d'un hydrocraquage, ou d'un mélange quelconque de ces deux charges, et d'une seconde charge de type naphta de point initial d'ébullition supérieur à 30°C et de point final d'ébullition inférieur à 220°C, ledit procédé comprenant une unité de craquage catalytique (FCC) traitant la charge VGO hydrotraité ou l'huile non convertie, une unité de reformage catalytique (REF) traitant une charge dite naphta (30°C-220°C), et d'un complexe aromatique (CA) alimenté par les effluents du reformage catalytique (REF) et la fraction dite LCN (PI-160°C) des effluents du FCC, ledit procédé comportant la suite d'opérations suivantes :
    - On envoie la charge VGO hydrotraité ou l'huile non convertie UCO (2) ou un mélange quelconque des deux dans une unité FCC qui produit des effluents (6) qui sont envoyés dans une unité de fractionnement (FRAC) de laquelle on extrait une fraction légère (8), une coupe LCN ( PI-160°C), une coupe HCN (160°C-220°C), et une fraction lourde (220°C+),
    - On envoie la fraction légère (8) dans une boite de séparation dite boite froide (SBF) permettant de séparer les oléfines légères, éthylène et propylène, les gaz secs (H2 et CH4), et les paraffines légères en C2, C3 et C4,
    - On envoie la coupe essence (PI-160°C) dite LCN (9) au complexe aromatique (CA) en mélange avec les effluents (5) du reformage catalytique (RF) pour former la charge (10) du complexe aromatique (CA),
    - la coupe HCN (160°C-220°C) est valorisée en tant que telle,
    - la fraction lourde (220°C+) de point initial d'ébullition supérieur à 220°C, est recyclée au FCC
    - On envoie le naphta hydrotraité (4) comme charge de l'unité de reformage catalytique (REF),
    - On extrait du complexe aromatique (CA) les BTX, un raffinat (12) défini comme la partie non aromatique des effluents, qui est envoyé au moins en partie en mélange avec la charge (2) du FCC, et une fraction dite aromatiques lourds (11) qui est également envoyée en mélange avec la charge (2) du FCC, ladite unité FCC opérant aux conditions suivantes :
    - température de sortie du riser comprise entre 500°C et 650°C,
    - C/O( rapport du débit massique de catalyseur sur le débit massique de charge) compris entre 5 et 30, le catalyseur utilisé dans le FCC étant une zéolithe additionnée avec de la ZSM-5.
  2. Procédé de production d'oléfines légères et de BTX selon la revendication 1, dans lequel l'effluent raffinat (12) du complexe aromatique est envoyé dans une unité de séparation (SPLIT2) qui permet de séparer une fraction légère (13) qui est envoyée en mélange avec la charge (2) à l'unité de craquage catalytique (FCC), et une fraction lourde (14) qui est envoyée en mélange avec la charge naphta hydrotraité (4) à l'unité de reformage catalytique (REF).
  3. Procédé de production d'oléfines légères et de BTX à partir d'une unité de craquage catalytique (FCC) selon la revendication 1, dans lequel les oléfines légères en C4 et C5 issues de la boite de séparation (BF) sont envoyées dans une unité d'oligomérisation (OLG), et les effluents de ladite unité d'oligomérisation (16) sont envoyés en mélange avec la charge (2) dans l'unité de craquage catalytique (FCC).
  4. Procédé de production d'oléfines légères et de BTX selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la charge (2) de l'unité FCC est préchauffée dans la zone de convection des fours de reformage catalytique (REFF) avant d'être introduite comme charge de l'unité de craquage catalytique (FCC).
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