EP3275975B1 - Procede d'hydrotraitement utilisant des reacteurs de garde permutables avec inversion du sens d'ecoulement et mise en parallele des reacteurs - Google Patents

Procede d'hydrotraitement utilisant des reacteurs de garde permutables avec inversion du sens d'ecoulement et mise en parallele des reacteurs Download PDF

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EP3275975B1
EP3275975B1 EP17181791.9A EP17181791A EP3275975B1 EP 3275975 B1 EP3275975 B1 EP 3275975B1 EP 17181791 A EP17181791 A EP 17181791A EP 3275975 B1 EP3275975 B1 EP 3275975B1
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EP
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reactor
reactors
pressure drop
catalyst
process according
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EP3275975A1 (fr
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Frederic Bazer-Bachi
Cecile Plais
Wilfried Weiss
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G45/00Refining of hydrocarbon oils using hydrogen or hydrogen-generating compounds
    • C10G45/02Refining of hydrocarbon oils using hydrogen or hydrogen-generating compounds to eliminate hetero atoms without changing the skeleton of the hydrocarbon involved and without cracking into lower boiling hydrocarbons; Hydrofinishing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G49/00Treatment of hydrocarbon oils, in the presence of hydrogen or hydrogen-generating compounds, not provided for in a single one of groups C10G45/02, C10G45/32, C10G45/44, C10G45/58 or C10G47/00
    • C10G49/002Apparatus for fixed bed hydrotreatment processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G65/00Treatment of hydrocarbon oils by two or more hydrotreatment processes only
    • C10G65/02Treatment of hydrocarbon oils by two or more hydrotreatment processes only plural serial stages only
    • C10G65/04Treatment of hydrocarbon oils by two or more hydrotreatment processes only plural serial stages only including only refining steps
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G65/00Treatment of hydrocarbon oils by two or more hydrotreatment processes only
    • C10G65/14Treatment of hydrocarbon oils by two or more hydrotreatment processes only plural parallel stages only
    • C10G65/16Treatment of hydrocarbon oils by two or more hydrotreatment processes only plural parallel stages only including only refining steps

Definitions

  • the invention relates to fixed bed processes, and more generally to the hydrotreatment processes of heavy hydrocarbon feedstocks, in particular residues or any hydrogenation of petroleum fractions that can cause clogging of the fixed bed.
  • One of the problems with fixed bed heavy-lift catalytic hydrotreatment is clogging, especially in the upper part of the bed.
  • the catalytic beds more particularly the upper parts of the first catalytic bed in contact with the charge, are likely to clog rather quickly because of the asphaltenes and sediments contained in the charge, which is expressed initially by an increase in the pressure drop (DP) and sooner or later requires a stop of the unit for the replacement of the catalyst.
  • DP pressure drop
  • guard beds arranged upstream of the main reactors.
  • the main task of the guard beds is to protect the catalysts of the main hydrotreating reactors downstream by performing part of the demetallation and filtering the particles contained in the charge which can lead to clogging.
  • the guard beds contain at least hydrodemetallization catalyst, optionally supplemented with inert elements and / or pre-beds (grading in English) and are generally integrated in the hydrodemetallation section HDM in a hydrotreating process of charges heavy ones generally including a first hydrodemetallation section, then a second hydrotreating section HDT.
  • guard beds are generally used to carry out a first hydrodemetallation and filtration, other hydrotreatment reactions (HDS hydrodesulfurization, hydrodenitrogenation HDN, etc.) will inevitably take place in these reactors thanks to the presence of hydrogen and water. a catalyst.
  • PRS Permutable Reactors System
  • the technology called PRS is described in the patents FR2681871 and US5417846 of the Applicant.
  • the patent FR2681871 describes a process for the hydrotreatment in at least two stages of a heavy hydrocarbon fraction containing asphaltenes, sulfur impurities and metallic impurities in which, during the first hydrodemetallization stage, the reaction is carried out under conditions of hydrodemetallization, the charge of hydrocarbons and of hydrogen on a hydrodemetallization catalyst, and then during the second subsequent step, the effluent of the first step is passed under hydrodesulphurization conditions over a catalyst of hydrodesulfurization characterized in that the hydrodemetallation step comprises one or more hydrodemetallation zones in fixed beds preceded by at least two hydrodemetallation guard zones also in fixed beds, arranged in series for cyclic use consisting of the successive repetition of steps b) and c) defined hereinafter and in that it comprises the following steps: a) a step, in which the guard zones are
  • the patent FR2992971 discloses a process for hydrotreatment of heavy charges in a catalytic fixed bed with reversal of the flow direction of the fluids using at least one fixed-bed reactor co-flow descending a gas phase and a liquid phase in which during of the operating cycle of said method, the flow direction of the fluids is inverted to become ascending, the pressure drop threshold triggering the flow reversal is defined from a value DP1 between DP1 and DP1 + (0.5xDP2 ), DP1 being defined as the pressure drop at the beginning of the cycle and DP2 as the pressure loss at the end of the cycle equal to the maximum allowable pressure drop by the process equipment.
  • the patent FR2970261 discloses a process for hydrotreating a heavy hydrocarbon fraction using a system of stationary fixed bed guard zones including at least one step in which the guard zones operate in parallel.
  • the invention is an improvement of existing technologies for extending the cycle time of PRS-type reactive reactors, through optimal use of the available fluxes and better use of the catalyst present in the reactors.
  • a step of inversion of the direction of flow and parallelization of the reactors is inserted each time one of the two reactive reactors starts to clog, so when the pressure drop reaches a value- threshold Dpi defined by those skilled in the art as a function of the maximum allowable pressure drop DPmax in the equipment.
  • At least one of the reactors comprises n catalytic beds and the effluent is discharged from said reactor in steps b) and / or e) by lateral withdrawal between a catalytic bed i and a catalytic bed i + 1, n being an integer greater than or equal to 2, i being an integer from 1 to n.
  • said catalytic bed i + 1 denotes the first catalytic bed clogged in the direction of flow.
  • the at least two permutable reactors may each have at least two catalytic beds.
  • the pressure drop threshold Dpi has a value between 30 and 60% of the maximum allowable pressure drop DPmax.
  • the pressure drop threshold Dpi has a value between 35 and 50% of the maximum allowable pressure drop DPmax.
  • the heavy hydrocarbon feed advantageously has an initial boiling temperature of at least 340 ° C and a final boiling temperature of at least 440 ° C.
  • the feedstock may be chosen from atmospheric residues, vacuum residues from direct distillation, crude oils, crude head oils, deasphalting resins, asphalts or deasphalting pitches, residues resulting from conversion processes, extracts aromatic compounds derived from lubricant base production lines, oil sands or derivatives thereof, bituminous shales or their derivatives, parent rock oils or their derivatives, whether alone or in admixture.
  • the filler is chosen from atmospheric residues or residues under vacuum, or mixtures of these residues.
  • the hydrotreatment process according to the invention is advantageously carried out at a temperature of between 320 ° C. and 430 ° C., under a hydrogen partial pressure of between 3 MPa and 30 MPa, at a space velocity (VVH) between 0.05 and 5 volume of filler per volume of catalyst per hour, and with a gaseous hydrogen ratio on hydrocarbon liquid feed of between 200 and 5000 normal cubic meters per cubic meter.
  • VVH space velocity
  • the preliminary hydrodemetallization step can be carried out in the presence of a hydrodemetallation catalyst comprising at least one Group VIII metal, and / or at least one Group VIB metal, on a support used chosen from the group formed.
  • a hydrodemetallation catalyst comprising at least one Group VIII metal, and / or at least one Group VIB metal, on a support used chosen from the group formed.
  • alumina, silica, silica-aluminas, magnesia, clays and mixtures of at least two of these minerals preferably at a space velocity VVH of each switchable reactor operating between 0.5 and 4 charge volume per volume of catalyst and per hour, very preferably at a space velocity VVH of each operating switchable reactor of between 1 and 2 volume of charge per volume of catalyst per hour.
  • the maximum allowable pressure drop DPmax is between 0.3 and 1 MPa, preferably between 0.5 and 0.8 MPa.
  • the present invention proposes an improvement of existing technologies aimed at lengthening the cycle time of PRS reactors.
  • the proposed improvement is for both new and existing units with some modifications (lines, valves, reactor internals, distributor down flow and up flow, etc.).
  • the present invention consists in reversing the direction of flow during the operating cycle of the PRS permutable reactor system.
  • the present invention relates to a process for the hydrotreatment of a heavy hydrocarbon fraction generally containing asphaltenes, sediments, sulfur, nitrogen and metal impurities, in which the hydrotreatment conditions are previously passed under the hydrocarbon and hydrogen feedstock on a hydrotreating catalyst, in at least two fixed-bed permutable reactors each containing at least one catalytic bed,
  • the present invention thus improves the performance of the reactive reactors as described by the applicant in the patent FR2681871 , integrating, after the steps in which the charge successively passes through all the reactors, additional steps, in which the direction of flow is reversed and the two reactors in parallel.
  • additional steps in which the direction of flow is reversed and the two reactors in parallel.
  • the feed is simultaneously introduced on two reactors. This reversal of the direction of flow makes it possible to delay the rise in the pressure drop of the first reactor put in contact with the charge and thus lengthens its service life.
  • the main advantage of this sequencing is not only a better use of the catalyst present in each reactor, but also a better distribution of the liquid flows, the two reactors having not necessarily being clogged in the same proportions (due to the prior operation in series the amount of clogger charged in each of the reactors is significantly different).
  • the possible fluidization problems related to the change of direction are limited because the flow of fluids is divided by two (which justifies all the more to go into parallel flow), which limits the need for recourse to additional grid-type equipment for containing the expansion of the bed due to fluidization.
  • the loading / unloading of each of these reactors is done on increase of the pressure loss DP only, when one of the reactors is completely clogged, the active phase of the downstream catalyst being used at best.
  • the downstream reactors of the PRS permutable reactors will have an increased lifetime and a better utilization of the catalytic charge.
  • the permutable reactors used as guard zones especially the first guard zone placed in contact with the charge, progressively load into metals, coke, sediments and other various impurities.
  • the reactors must be disconnected to perform the replacement or regeneration of catalyst (s).
  • the catalysts are replaced. This moment is called deactivation and / or clogging time.
  • the deactivation and / or clogging time varies depending on the load, the operating conditions and the catalyst (s) used, it is generally expressed by a drop in the catalytic performance (an increase in the concentration metals and / or other impurities in the effluent), an increase in the temperature necessary for the maintenance of a constant hydrotreatment or, in the specific case of a clogging, by a significant increase in the pressure drop.
  • the pressure drop DP expressing a degree of clogging, is measured continuously throughout the cycle on each of the reactors and may be define by a pressure increase resulting from the passage partially blocked through the reactor.
  • the deactivation and / or clogging time is thus defined as the time when the limit value of the pressure drop DPmax is reached.
  • the maximum allowable pressure drop DPmax is generally confirmed when the reactors are commissioned for the first time.
  • the limit value of the maximum allowable pressure drop or pressure drop DPmax is generally between 0.3 and 1 MPa (3 and 10 bar), preferably between 0 and , 5 and 8 MPa (5 and 8 bar).
  • the Up flow may involve the addition of two-phase distribution internals at the bottom of each reactor and the addition of grid type internals at the top of the reactor to prevent possible expansion of the bed.
  • the feedstock treated in the hydrotreatment process according to the invention is advantageously a hydrocarbonaceous feed having an initial boiling point of at least 340.degree. C. and a final boiling point of at least 440.degree.
  • its initial boiling point is at least 350 ° C., preferably at least 375 ° C.
  • its final boiling point is at least 450 ° C., preferably at least 460 ° C. C, more preferably at least 500 ° C, and even more preferably at least 600 ° C.
  • the hydrocarbon feedstock according to the invention may be chosen from atmospheric residues, vacuum residues resulting from direct distillation, crude oils, crude head oils, deasphalting resins, asphalts or deasphalting pitches, process residues. conversion products, aromatic extracts from lubricant base production lines, oil sands or derivatives thereof, oil shales or their derivatives, source rock oils or their derivatives, whether alone or in combination.
  • the fillers being treated are preferably atmospheric residues or vacuum residues, or mixtures of these residues.
  • the hydrocarbon feedstock treated in the process may contain, among other things, sulfur-containing impurities.
  • the sulfur content may be at least 0.1% by weight, preferably at least 0.5% by weight, preferably at least 1% by weight, more preferably at least 2% by weight. .
  • the hydrocarbon feedstock treated in the process may contain inter alia metal impurities, especially nickel and vanadium.
  • the sum of the nickel and vanadium contents is generally at least 10 ppm, preferably at least 50 ppm, preferably at least 100 ppm.
  • This co-charge may be a hydrocarbon fraction or a lighter hydrocarbon fraction mixture, which may preferably be chosen from the products resulting from a fluid catalytic cracking (FCC) process according to the English terminology. Saxon), a light cut (LCO or "light cycle oil” according to the English terminology), a heavy cut (HCO or "heavy cycle oil” according to the English terminology), a decanted oil, a residue of FCC, a gas oil fraction, especially a fraction obtained by atmospheric distillation or under vacuum, such as vacuum gas oil, or may come from another refining process such as coking or visbreaking.
  • FCC fluid catalytic cracking
  • the co-charge may also advantageously be one or more cuts resulting from the process of liquefying coal or biomass, aromatic extracts, or any other hydrocarbon cuts, or non-petroleum fillers such as pyrolysis oil.
  • the heavy hydrocarbon feedstock according to the invention may represent at least 50%, preferably 70%, more preferably at least 80%, and even more preferably at least 90% by weight of the total hydrocarbon feedstock treated by the process according to the invention.
  • the hydrotreatment process according to the invention may advantageously be carried out at a temperature of between 320 ° C. and 430 ° C., preferably 350 ° C. C at 410 ° C, under a hydrogen partial pressure advantageously between 3 MPa and 30 MPa, preferably between 10 and 20 MPa, at a space velocity (VVH) advantageously between 0.05 and 5 volume of charge per volume of catalyst and per hour, and with a hydrogen gas ratio on a hydrocarbon liquid feed advantageously between 200 and 5000 normal cubic meters per cubic meter, preferably 500 to 1500 normal cubic meters per cubic meter.
  • the value of the VVH of each operating switchable reactor is preferably between 0.5 and 4 volume of catalyst per volume of charge per hour, and most often between 1 and 2 catalyst volume per volume of charge per hour.
  • the overall VVH value of the reactive reactors and that of each reactor is chosen by those skilled in the art so as to achieve the maximum of hydrodemetallation (HDM) while controlling the reaction temperature (limitation of the exothermicity).
  • the catalysts used in the hydrotreatment process according to the invention, and in particular in the permutable guard reactors, are preferably known hydrotreatment catalysts and are generally granular catalysts comprising, on a support, at least one metal or compound of metal having a hydrodehydrogenating function. These catalysts are advantageously catalysts comprising at least one Group VIII metal, generally selected from the group consisting of nickel and / or cobalt, and / or at least one Group VIB metal, preferably molybdenum and / or tungsten. .
  • the support used is generally chosen from the group formed by alumina, silica, silica-aluminas, magnesia, clays and mixtures of at least two of these minerals.
  • the catalysts used in the process according to the present invention are preferably subjected to a sulphurization treatment making it possible, at least in part, to transform the metallic species into sulphide before they come into contact with the charge. treat.
  • This activation treatment by sulfurization is well known to those skilled in the art and can be performed by any method already described in the literature either in-situ, that is to say in the reactor, or ex-situ.
  • the system of permutable guard zones with reversal of the direction of flow and paralleling of the permutable reactors making it possible to perform a prior hydrodemetallation of the charge advantageously precedes a hydrotreatment section of heavy hydrocarbon feeds in fixed bed or bubbling bed.
  • a hydrotreatment section comprising at least one hydrodemetallation unit and at least one hydrodesulfurization unit.
  • the permutable reactors are preferably integrated upstream of the hydrodemetallation unit, the permutable reactors being used as guard beds.
  • the hydrotreating process according to the invention advantageously makes it possible to carry out 50% and more hydrodemetallation of the feedstock at the outlet of the permutable reactors, and more preferably from 50 to 95% of hydrodemetallation), thanks to the speed selected VHV hourly volume and the effectiveness of HDM hydrodemetallization catalyst.
  • the charge 1 arrives in the reactive reactors or reactors by the pipe 1 and leaves the reactor or these reactors by the pipe 13.
  • the charge leaving the reactor (s) of guard arrives via the pipe 13 in the section d hydrotreatment 14 and more precisely in the hydrodemetallation unit HDM comprising one or more reactors.
  • the effluent from the hydrodemetallation unit HDM 15 is withdrawn via line 16 and then sent to the hydrotreating unit HDT 17 comprising one or more reactors.
  • the final effluent is withdrawn through line 18.
  • At least one of the permutable reactors comprises at least two catalytic beds.
  • Short-circuiting of a clogged bed can be effected externally by lateral withdrawal and a short-circuit line, comprising a valve. It is thus possible for steps b) and / or e) to "bypass" the already clogged catalytic beds, and to discharge the effluent from this reactor via a pipe situated between the catalytic beds in the case of two beds.
  • i + 1 denotes the first bed clogged in the direction of flow, the reaction effluent therefore leaves the reactor just before the flow has encountered the clogged zone.
  • all the permutable reactors comprise at least two catalytic beds.
  • steps b) and e) it is possible for both steps b) and e) to remove the effluent from the reactor being clogged by a pipe located between the catalytic beds in the case of two catalytic beds or between a bed i and a bed i + 1 in the case where the reactor comprises n catalytic beds, i being an integer ranging from 1 to n.
  • the guard zone comprises two reactive reactors each comprising two catalytic beds. In this configuration, it is possible for both steps b) and e) to remove the effluent from the reactor being clogged by a lateral withdrawal between the two catalytic beds, just before the catalytic zone already clogged.
  • step a) of the method the feedstock is introduced via line 3 and line 21 comprises an open valve V1 towards line 21 'and the guard reactor R1a containing a fixed bed A of catalyst.
  • valves V3, V4 and V5 are closed.
  • the effluent from the reactor R1a is sent via the pipe 23, the pipe 26 comprising an open valve V2 and the pipe 22 'into the guard reactor R1b enclosing a fixed bed B of catalyst.
  • the effluent from the reactor R1b is sent via the pipes 24 and 24 'comprising an open valve V6 and the pipe 13 to the main hydrotreatment section 14.
  • valves V1, V2, V4 and V5 are closed and the load is introduced via line 3 and line 22 comprises a valve V3 open to line 22 'and reactor R1b.
  • the effluent from the reactor R1b is sent via the pipes 24 and 24 'comprising an open valve V6 and the pipe 13 to the main hydrotreatment section 14.
  • the valves V1, V2 and V6 are closed and the valves V3, V4 and V5 are open. The charge is introduced via line 3 and lines 22 and 22 'to reactor R1b.
  • the effluent from the reactor R1b is sent via the pipe 24, the pipe 27 comprising an open valve V4 and the pipe 21 'into the guard reactor RI a.
  • the effluent from the reactor R1a is sent via the pipes 23 and 23 'comprising an open valve V5 and the pipe 13 to the main hydrotreatment section 14.
  • the valves V2, V3, V4 and V6 are closed and valves V1 and V5 are open.
  • the charge is introduced via line 3 and lines 21 and 21 'to reactor R1a.
  • the effluent from the reactor R1a is sent via the pipes 23 and 23 'comprising an open valve V5 and the pipe 13 to the main hydrotreatment section 14. The cycle then recommences again.
  • FIG. 2 System according to the invention
  • a new cycle can begin, again by step a): R1B is put back into operation, R1A and R1B run in series in downward flow.
  • charge 1 is introduced via line 3 and line 21 comprises an open valve V1 towards line 21 'and the guard reactor R1a containing a fixed bed A of catalyst.
  • valves V3, V4 and V5, V8 and V9 are closed.
  • the effluent from the reactor R1a is sent via the pipe 23, the pipe 26 comprising an open valve V2 and the pipe 22 'into the guard reactor R1b enclosing a fixed bed B of catalyst.
  • the reactor effluent R1 b is sent through lines 24 and 24 'comprising an open valve V6 and via line 13 comprising a valve V10 open to the main hydrotreatment section 14. The flow is in downflow.
  • the effluent from the reactor R1b is sent via the pipes 22 'and 30 having an open valve V9 and the pipe 31 to the main hydrotreatment section 14.
  • the effluent from the reactor R1a is sent via the pipes 22 and 30 having an open valve V8 and the pipe 31 to the main hydrotreatment section 14.
  • step c) the valves V1, V2, V4, V5, V7, V8, V9 are closed and the valves V3, V6, V10, and V11 are open.
  • the charge is introduced via line 3 and lines 22 and 22 'to reactor R1b.
  • the effluent from the reactor R1b is sent via the pipes 24 and 24 'comprising an open valve V6 and the pipe 13 comprises a valve V10 open towards the main hydrotreatment section 14.
  • the sealed R1a reactor is thus short-circuited in order to allow the intervention on the reactor R1a for the replacement / reloading of the catalyst.
  • the effluent from the reactor R1b is sent via the pipes 22 'and 30 having an open valve V9 and the pipe 31 to the main hydrotreatment section 14.
  • the effluent from the reactor R1a is sent via the pipes 22 and 30 having an open valve V8 and the pipe 31 to the main hydrotreatment section 14.
  • step f the valves V2, V3, V4, V6, V7, V8, V9 are closed and the valves V1, V5, V10, and V11 are open.
  • the charge is introduced via line 3 and lines 21 and 21 'to reactor R1a.
  • the effluent from the reactor R1a is sent via the pipes 23 and 23 'comprising an open valve V5 and the pipe 13 comprises a valve V10 open to the main hydrotreatment section 14.
  • the sealed reactor R1b is thus short-circuited in order to allow the intervention on the reactor R1b for the replacement / reloading of the catalyst.
  • the figure 3 illustrates a short-circuiting of the catalytic bed already clogged during steps b) and e).
  • step a) of the process charge 1 is introduced via line 3 and line 21 comprises a valve V1 open to line 21 'and the guard reactor R1a containing a fixed bed A of catalyst. During this period the valves V3, V4 and V5, V8, V9, V12, V13 are closed.
  • the effluent from the reactor R1a is sent via the pipe 23, the pipe 26 comprising an open valve V2 and the pipe 22 'into the guard reactor R1b enclosing a fixed bed B of catalyst.
  • the reactor effluent R1 b is sent through lines 24 and 24 'comprising an open valve V6 and via line 13 comprising a valve V10 open to the main hydrotreatment section 14. The flow is in downflow.
  • the effluent from the reactor R1b is sent via the pipes 22 'and 30 having an open valve V9 and the pipe 31 to the main hydrotreatment section 14.
  • the reactor effluent R1 a is sent through the lines 32 and 30 having an open valve V12 and the pipe 31 to the main hydrotreatment section 14.
  • the valve V8 is closed.
  • the already clogged catalytic bed is thus short-circuited.
  • step c) the valves V1, V2, V4, V5, V7, V8, V9, V12, V13 are closed and the valves V3, V6, V10, and V11 are open.
  • the charge is introduced via line 3 and lines 22 and 22 'to reactor R1b.
  • the effluent from the reactor R1b is sent via the pipes 24 and 24 'comprising an open valve V6 and the pipe 13 comprises a valve V10 open to the main hydrotreatment section 14.
  • the sealed reactor R1a is thus bypassed in order to allow the intervention on the reactor R1a for the replacement / reloading of the catalyst.
  • step d) the valves V1, V2, V6, V7, V8, V9, V12, V13 are closed and the valves V3, V4, V5, V10 and V11 are open.
  • the charge is introduced via line 3 and lines 22 and 22 'to reactor R1b, valves V3 and V11 being open.
  • the effluent from the reactor R1b is sent via the pipes 24 and 27 'comprising an open valve V4 and the pipe 21' to the reactor R1a.
  • the reactor effluent R1a is sent via a line 23 having an open valve V5 and a valve V10 open to the main hydrotreatment section 14. The flow is downward in the reactors R1b and R1a placed in series.
  • step f the valves V2, V3, V4, V6, V7, V8, V9, V12, V13 are closed and the valves V1, V5, V10, and V11 are open.
  • the charge is introduced via line 3 and lines 21 and 21 'to reactor R1a.
  • the effluent from the reactor R1a is sent via the pipes 23 and 23 'comprising an open valve V5 and the pipe 13 comprising a valve V10 open towards the section Main hydrotreatment 14.
  • the reactor R1b clogged is thus short-circuited to allow intervention on the reactor R1b for the replacement / reloading of the catalyst.
  • Example 1 (comparative, not according to the invention, according to FR2681871)
  • the feed consists of a mixture (70/30% wt) of atmospheric residue (RA) of Middle East origin (Arabian Medium) and a vacuum residue (VR) of Middle East origin (Arabian Light).
  • This mixture is characterized by a high viscosity (0.91 cP) at room temperature, a density of 994 kg / m 3 , high contents of Conradson carbon (14% by weight) and asphaltenes (6% by weight) and a high amount of nickel (22 ppm by weight), vanadium (99 ppm by weight) and sulfur (4.3% by weight).
  • the hydrotreatment process is carried out according to the process described in FR2681871 and involves the use of two reactive reactors (R1A and R1B of the figure 1 ). Both reactors are charged with a HDM CoMoNi / alumina hydrodemetallization catalyst.
  • a cycle is defined as integrating the steps of a) to d) (see Table 1). The deactivation and / or clogging time is reached when the pressure drop reaches 0.7 MPa (7bar) and / or the average temperature of a bed reaches 405 ° C and / or when the temperature difference on a catalytic bed becomes radially greater than 5 ° C.
  • the figure 4 shows the evolution of cycles in terms of operating time (in days) for the process according to FR2681871 .
  • a cycle being defined here as the alternative operation of R1a then R1b.
  • DPmax 0.7 MPa or 7 bar
  • the operating time of the reactor R1a is therefore 210 days.
  • the pressure drop in the reactor R1b reached about 3 bars.
  • the time of deactivation and / or clogging (or the duration of operation) of the first zone is therefore 210 days. In total, there is a cycle time of 320 days for the first cycle and 627 days for two cycles.
  • the hydrotreatment process is repeated with the same filler, the same catalyst and under the same operating conditions according to Example 1.
  • the hydrodemetallization rate HDM is maintained at 60%.
  • the schema used for the example is that presented on the figure 2 .
  • the figure 4 shows that according to the prior art, the cycle time is 320 days for the first cycle.
  • the pressure loss increases in the catalytic bed until reaching the maximum permissible pressure loss DPmax for the equipment installed in this example of 0.7 MPa (7 bar) after 210 days for the first reactor and 320 days for the second.
  • the hydrotreatment process incorporating a step of flow direction change and parallelization of the reactors makes it possible to significantly increase the cycle time of the catalytic hydrodemetallation zone, in particular with a gain of 260 days (80%).

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Description

    Domaine technique
  • L'invention concerne les procédés en lit fixe, et plus généralement les procédés d'hydrotraitement de charges lourdes hydrocarbonées, notamment de résidus ou toute hydrogénation de coupes pétrolières pouvant provoquer un colmatage du lit fixe.
  • Art antérieur
  • Un des problèmes posés par l'hydrotraitement catalytique en lit fixe de charges lourdes est le colmatage, surtout dans la partie supérieure du lit. Les lits catalytiques, plus particulièrement les parties supérieures du premier lit catalytique en contact avec la charge, sont susceptibles de se colmater assez rapidement à cause des asphaltènes et sédiments contenus dans la charge, ce qui s'exprime dans un premier temps par une augmentation de la perte de charge (DP) et nécessite tôt ou tard un arrêt de l'unité pour le remplacement du catalyseur.
  • On est donc conduit à arrêter l'unité pour remplacer les premiers lits catalytiques désactivés et/ou colmatés. Les procédés d'hydrotraitement de ce type de charges doivent donc être conçus de façon à permettre un cycle d'opération le plus long possible sans arrêter l'unité.
  • L'homme du métier a cherché à pallier ces inconvénients des agencements en lits fixes de différentes manières, notamment en utilisant des lits de garde agencés en amont des réacteurs principaux. La principale tâche des lits de garde est de protéger les catalyseurs des réacteurs principaux d'hydrotraitement en aval en effectuant une partie de la démétallation et en filtrant les particules contenues dans la charge qui peuvent conduire au colmatage. Les lits de garde contiennent au moins du catalyseur d'hydrodémétallation, éventuellement complétés par des élément inertes et/ou de pré-lits (grading en anglais) et sont généralement intégrés dans la section d'hydrodémétallation HDM dans un procédé d'hydrotraitement de charges lourdes incluant généralement une première section d'hydrodémétallation, puis une deuxième section d'hydrotraitement HDT. Bien que les lits de garde soient généralement utilisés pour effectuer une première hydrodémétallation et une filtration, d'autres réactions d'hydrotraitement (hydrodésulfuration HDS, hydrodéazotation HDN...) auront inévitablement lieu dans ces réacteurs grâce à la présence d'hydrogène et d'un catalyseur.
  • La technologie dite PRS (Permutable Reactors System) est décrite dans les brevets FR2681871 et US5417846 de la Demanderesse. Le brevet FR2681871 décrit un procédé d'hydrotraitement en au moins deux étapes d'une fraction lourde d'hydrocarbures contenant des asphaltènes, des impuretés soufrées et des impuretés métalliques dans lequel au cours de la première étape dite d'hydrodémétallation on fait passer, dans des conditions d'hydrodémétallation, la charge d'hydrocarbures et d'hydrogène sur un catalyseur d'hydrodémétallation, puis au cours de la deuxième étape subséquente on fait passer, dans des conditions d'hydrodésulfuration, l'effluent de la première étape sur un catalyseur d'hydrodésulfuration caractérisé en ce que l'étape d'hydrodémétallation comprend une ou plusieurs zones d'hydrodémétallation en lits fixes précédées d'au moins deux zones de garde d'hydrodémétallation également en lits fixes, disposées en série pour être utilisées de façon cyclique consistant en la répétition successive des étapes b) et c) définies ci- après et en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) une étape, dans laquelle les zones de garde sont utilisées toutes ensembles pendant une durée au plus égale au temps de désactivation et/ou de colmatage de l'une d'entre elles, b) une étape, durant laquelle la zone de garde désactivée et/ou colmatée est court-circuitée et le catalyseur qu'elle contient est régénère et/ou remplace par du catalyseur frais, et c) une étape, durant laquelle les zones de garde sont utilisées toutes ensembles la zone de garde dont le catalyseur a été régénère au cours de l'étape précédente étant reconnectée et ladite étape étant poursuivie pendant une durée au plus égale au temps de désactivation
  • Cette technologie permet un allongement de la durée de vie des catalyseurs présents dans les réacteurs en aval par une permutation et un changement de catalyseur sans arrêter le procédé complètement. Ce principe a été amélioré par les brevets :
    US2014001089 , qui décrit un procédé d'hydrotraitement de charges lourdes d'hydrocarbures avec des réacteurs permutables incluant au moins une étape de permutation progressive.
  • Et US2014027351 qui décrit un procédé d'hydrotraitement de charges lourdes d'hydrocarbures avec des réacteurs permutables incluant au moins une étape de court-circuitage d'un lit catalytique.
  • Le brevet FR2992971 décrit un procédé d'hydrotraitement de charges lourdes en lit fixe catalytique avec inversion du sens d'écoulement des fluides faisant appel à au moins un réacteur à lit fixe co courant descendant d'une phase gaz et d'une phase liquide dans lequel au cours du cycle de fonctionnement dudit procédé, le sens d'écoulement des fluides est inversé pour devenir ascendant, le seuil de perte de charge déclenchant l'inversion de flux est défini à partir d'une valeur DP1 comprise entre DP1 et DP1+(0,5xDP2), DP1 étant définie comme étant la perte de charge en début de cycle et DP2 comme la perte de charge en fin de cycle égale à la perte de charge maximale admissible par les équipements du procédé.
  • Le brevet FR2970261 décrit un procédé d'hydrotraitement d'une fraction lourde d'hydrocarbures utilisant un système de zones de garde permutables en lit fixes incluant au moins une étape au cours de laquelle les zones de garde fonctionnent en parallèle.
  • Ces systèmes restent pilotés par une augmentation de la perte de charge globale du lit. Quand la perte de charge augmente trop, il est nécessaire de décharger et recharger le réacteur. Il y a une vraie perte d'activité catalytique, car le catalyseur déchargé n'est pas complètement désactivé.
  • Objet de l'invention
  • L'invention constitue une amélioration des technologies existantes visant à l'allongement de la durée de cycle des réacteurs permutables de type PRS, via une utilisation optimale des flux disponibles et une meilleure utilisation du catalyseur présent dans les réacteurs.
  • A cet effet, une étape d'inversion du sens de l'écoulement et de mise en parallèle des réacteurs est insérée à chaque fois que l'un des deux réacteurs permutables commence à se colmater, donc lorsque la perte de charge atteint une valeur-seuil Dpi définie par l'homme du métier en fonction de la perte de charge maximale admissible DPmax dans les équipements.
  • Description de l'invention Résumé de l'invention
  • L'invention concerne un procédé d'hydrotraitement catalytique d'une charge hydrocarbonée lourde, en présence d'hydrogène, comprenant une étape d'hydrodémétallation préalable au moyen d'au moins deux réacteurs permutables en lit fixe comprenant chacun au moins un lit catalytique, qui sont utilisés de façon cyclique selon les étapes suivantes:
    1. a) une étape dans laquelle au moins deux réacteurs sont utilisés en série en écoulement descendant jusqu'à l'atteinte d'un seuil de perte de charge Dpi de valeur comprise entre 20 et 70 % de la perte de charge maximale admissible DPmax,
    2. b) une étape d'inversion du sens de l'écoulement et de mise en parallèle desdits au moins deux réacteurs jusqu'à l'atteinte de la perte de charge maximale admissible DPmax
    3. c) une étape durant laquelle le premier réacteur mis en contact avec la charge à l'étape a) est court-circuité et le catalyseur qu'il contient est régénéré et/ou remplacé par du catalyseur frais, le sens de l'écoulement est modifié et seul le ou les réacteur(s) non encore colmaté(s) fonctionnent en écoulement descendant,
    4. d) une étape durant laquelle lesdits au moins deux réacteurs sont utilisés en série, le réacteur dont le catalyseur a été régénéré au cours de l'étape précédente étant reconnecté et ladite étape étant poursuivie jusqu'à l'atteinte d'un seuil de perte de charge Dpi de valeur comprise entre 20 et 70 % de la perte de charge maximale admissible DPmax,
    5. e) une étape d'inversion du sens de l'écoulement et de mise en parallèle des deux réacteurs, jusqu'à l'atteinte de la perte de charge maximale admissible DPmax
    6. f) une étape durant laquelle le deuxième réacteur mis en contact avec la charge à l'étape a) est court-circuité et le catalyseur qu'il contient est régénéré et/ou remplacé par du catalyseur frais, le sens de l'écoulement est modifié et seul le ou les réacteur(s) non encore colmaté(s) fonctionnent en écoulement descendant; lesdites étapes a), b), c), d), e), f) pouvant être répétées de manière cyclique dans cet ordre.
  • Dans un mode de réalisation, au moins un des réacteurs comprend n lits catalytiques et on fait sortir l'effluent dudit réacteur aux étapes b) et/ou e) par un soutirage latéral entre un lit catalytique i et un lit catalytique i+1, n étant un entier supérieur ou égal à 2, i étant un entier allant de 1 à n.
  • De préférence, ledit lit catalytique i+1 désigne le premier lit catalytique colmaté dans le sens de l'écoulement.
  • Lesdits au moins deux réacteurs permutables peuvent comporter tous au moins deux lits catalytiques.
  • De préférence, le seuil de perte de charge Dpi a une valeur comprise entre 30 et 60% de la perte de charge maximale admissible DPmax.
  • De manière très préférée, le seuil de perte de charge Dpi a une valeur comprise entre 35 et 50% de la perte de charge maximale admissible DPmax.
  • La charge hydrocarbonée lourde présente avantageusement une température initiale d'ébullition d'au moins 340°C et une température finale d'ébullition d'au moins 440°C.
  • La charge peut être choisie parmi les résidus atmosphériques, les résidus sous vide issus de distillation directe, des pétroles bruts, des pétroles bruts étêtés, des résines de désasphaltage, les asphaltes ou brais de désasphaltage, les résidus issus des procédés de conversion, des extraits aromatiques issus des chaînes de production de bases pour lubrifiants, des sables bitumineux ou leurs dérivés, des schistes bitumineux ou leurs dérivés, des huiles de roche mère ou leurs dérivés, pris seuls ou en mélange.
  • De préférence, la charge est choisie parmi les résidus atmosphériques ou les résidus sous vide, ou des mélanges de ces résidus.
  • Le procédé d'hydrotraitement selon l'invention est avantageusement mis en oeuvre à une température comprise entre 320°C et 430°C, sous une pression partielle en hydrogène comprise entre 3 MPa et 30 MPa, à une vitesse spatiale (VVH) comprise entre 0,05 et 5 volume de charge par volume de catalyseur et par heure, et avec un rapport hydrogène gazeux sur charge liquide d'hydrocarbures compris entre 200 et 5000 normaux mètres cubes par mètres cubes.
  • L'étape d'hydrodémétallation préalable peut être mise en oeuvre en présence d'un catalyseur d'hydrodémétallation comprenant au moins un métal du groupe VIII, et/ou au moins un métal du groupe VIB, sur un support utilisé choisi dans le groupe formé par l'alumine, la silice, les silices-alumines, la magnésie, les argiles et les mélanges d'au moins deux de ces minéraux, de préférence à une vitesse spatiale VVH de chaque réacteur permutable en fonctionnement comprise entre 0,5 et 4 volume de charge par volume de catalyseur et par heure, de manière très préférée à une vitesse spatiale VVH de chaque réacteur permutable en fonctionnement comprise entre 1 et 2 volume de charge par volume de catalyseur et par heure.
  • De manière générale, la perte de charge maximale admissible DPmax est comprise entre 0,3 et 1 MPa, de préférence comprise entre 0,5 et 0,8 MPa.
  • Liste des figures
    • Figure 1 : Dispositif de réacteurs permutables PRS selon l'art antérieur ( FR2681871 )
    • Figure 2 : Dispositif de réacteurs selon l'invention
    • Figure 3 : Dispositif de réacteurs selon un mode de réalisation avec court-circuitage d'un lit catalytique selon l'invention.
    • Figure 4 : Evolution de la perte de charge dans chaque réacteur permutable PRS selon la séquence de FR2681871
    • Figure 5 : Evolution de la perte de charge dans chaque réacteur permutable PRS selon la séquence selon l'invention
    Description détaillée de l'invention
  • La présente invention propose une amélioration des technologies existantes visant à l'allongement de la durée de cycle des réacteurs PRS.
  • L'amélioration proposée s'adresse aux unités neuves comme aux unités existantes moyennant quelques modifications (lignes, vannes, internes de réacteurs, distributeur down flow et up flow, etc.). La présente invention consiste à inverser le sens d'écoulement au cours du cycle de fonctionnement du système des réacteurs permutables PRS. Lorsqu'un réacteur commence à se colmater, donc lorsque la perte de charge commence à augmenter et atteint une valeur seuil Dpi définie par l'homme du métier en fonction de la perte de charge maximale admissible dans les réacteurs (DPmax), la charge est injectée simultanément dans les deux réacteurs permutables mis en parallèle, de manière à colmater d'abord la couche supérieure, puis la couche inférieure du lit catalytique, ce qui se traduit par un colmatage plus homogène, et donne une augmentation de la perte de charge plus lente, conduisant ainsi à une augmentation de la durée de cycle.
  • Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé d'hydrotraitement d'une fraction lourde d'hydrocarbures contenant généralement des asphaltènes, des sédiments, des impuretés soufrées, azotées et métalliques, dans lequel on fait passer au préalable, dans des conditions d'hydrotraitement, la charge d'hydrocarbures et d'hydrogène sur un catalyseur d'hydrotraitement, dans au moins deux réacteurs permutables en lit fixe contenant chacun au moins un lit catalytique,
  • On a maintenant découvert de façon surprenante qu'il est possible d'augmenter la durée d'utilisation des réacteurs permutables avant que le remplacement du catalyseur contenu dans les réacteurs permutables ne devienne nécessaire. La présente invention améliore ainsi les performances des réacteurs permutables telles que décrit par la demanderesse dans le brevet FR2681871 , en intégrant, après les étapes au cours desquelles la charge traverse successivement tous les réacteurs, des étapes supplémentaires, dans lesquelles le sens d'écoulement est inversé et les deux réacteurs mis en parallèle. Ainsi, pendant ces étapes supplémentaires, la charge est simultanément introduite sur deux réacteurs. Cette inversion du sens du flux permet de retarder la montée de la perte de charge du premier réacteur mis en contact avec la charge et allonge ainsi sa durée de vie.
  • L'introduction d'une partie de la charge sur le deuxième réacteur alors qu'une autre partie de la charge continue à traverser le premier réacteur mis en contact avec la charge permet également de "soulager" le premier réacteur et aussi d'utiliser de manière optimale tout le catalyseur présent dans le réacteur.
  • Le principal avantage de ce séquençage est non seulement une meilleure utilisation du catalyseur présent dans chaque réacteur, mais également une meilleure répartition des flux liquides, les deux réacteurs ne s'étant pas forcément colmatés dans les mêmes proportions (du fait du fonctionnement préalable en série, la quantité de colmatant chargé dans chacun des réacteurs est significativement différente). Par ailleurs, les problèmes de fluidisation éventuels liés au changement de sens sont limités, car le flux de fluides est divisé par deux (ce qui justifie d'autant plus de passer en écoulement parallèle), ce qui limite la nécessité d'un recours à des équipements supplémentaires de type grilles pour contenir l'expansion du lit liée à la fluidisation.
  • Le chargement / déchargement de chacun de ces réacteurs se fait sur augmentation de la perte de charge DP uniquement, lorsqu'un des réacteurs est totalement colmaté, la phase active du catalyseur en aval étant utilisée au mieux. Les réacteurs en aval des réacteurs permutables PRS auront une durée de vie augmentée et une meilleure utilisation de la charge catalytique.
  • Caractéristiques de l'invention
  • Les réacteurs permutables utilisés comme zones de garde, notamment la première zone de garde mise en contact avec la charge, se chargent progressivement en métaux, coke, sédiments et autres impuretés diverses. Lorsque le catalyseur ou les catalyseurs qu'ils contiennent ou le ou les espace(s) inter-grains de catalyseur est/sont pratiquement saturé(s) en métaux et impuretés diverses, les réacteurs doivent être déconnectés pour effectuer le remplacement ou la régénération de catalyseur(s). De préférence, les catalyseurs sont remplacés. Ce moment est appelé temps de désactivation et/ou de colmatage. Bien que le temps de désactivation et/ou de colmatage varie en fonction de la charge, des conditions opératoires et du ou des catalyseurs utilisés, il s'exprime d'une manière générale par une chute de la performance catalytique (une augmentation de la concentration de métaux et/ou d'autres impuretés dans l'effluent), une augmentation de la température nécessaire pour le maintien d'un hydrotraitement constant ou, dans le cas spécifique d'un colmatage, par une augmentation significative de la perte de charge. La perte de charge DP, exprimant un degré de colmatage, est mesurée en permanence durant tout le cycle sur chacun des réacteurs et peut se définir par une augmentation de pression résultant du passage partiellement bloqué à travers le réacteur.
  • Afin de définir un temps de désactivation et/ou de colmatage, l'homme du métier définit au préalable une valeur maximalement tolérable de la perte de charge DP max (désignée dans la suite du texte comme étant la perte de charge maximale admissible) en fonction de la charge à traiter, des conditions opératoires et catalyseurs choisis, et à partir de laquelle il faut procéder à la déconnection du réacteur permutable
  • Le temps de désactivation et/ou de colmatage se définit ainsi comme le temps où la valeur limite de la perte de charge DPmax est atteinte. La perte de charge maximale admissible DPmax est en règle générale confirmée lors de la première mise en service des réacteurs. Dans le cas d'un procédé d'hydrotraitement de fractions lourdes, la valeur limite de la perte de charge ou perte de charge maximale admissible DPmax se situe généralement entre 0,3 et 1 MPa (3 et 10 bars), de préférence entre 0,5 et 0,8 MPa (5 et 8 bars).
  • Le procédé selon l'invention est un procédé d'hydrotraitement catalytique d'une fraction lourde d'hydrocarbures contenant généralement des asphaltènes, des sédiments, des impuretés soufrées, azotées et métalliques, en présence d'hydrogène, comprenant une étape d'hydrodémétallation préalable au moyen d'une zone de garde comprenant au moins deux réacteurs permutables en lit fixe comprenant chacun au moins un lit fixe catalytique, qui sont utilisés de façon cyclique selon les étapes suivantes :
    1. a) une étape dans laquelle au moins deux réacteurs sont utilisés en série en écoulement descendant jusqu'à l'atteinte d'un seuil de perte de charge DPi dont la valeur est comprise entre 20 et 70 % de la perte de charge maximale admissible,
    2. b) une étape d'inversion du sens de l'écoulement et de mise en parallèle desdits au moins deux réacteurs pendant une durée au plus égale au temps de colmatage du premier réacteur mis en contact avec la charge, jusqu'à l'atteinte de la perte de charge maximale admissible DPmax.
    3. c) une étape durant laquelle ledit premier réacteur colmaté est court-circuité et le catalyseur qu'il contient est régénéré et/ou remplacé par du catalyseur frais, le sens de l'écoulement est modifié et seul le ou les réacteur(s) non encore colmaté(s) fonctionnent en écoulement descendant,
    4. d) une étape durant laquelle lesdits au moins deux réacteurs sont utilisés en série, le réacteur dont le catalyseur a été régénéré au cours de l'étape précédente étant reconnecté et ladite étape étant poursuivie pendant une durée au plus égale à une fraction du temps de colmatage du deuxième réacteur mis en contact avec la charge, correspondant à l'atteinte d'un seuil de perte de charge DPi dont la valeur est comprise entre 20 et 70 % de la perte de charge maximale admissible DPmax,
    5. e) une étape d'inversion du sens de l'écoulement et de mise en parallèle des deux réacteurs, pendant une durée au plus égale au temps de colmatage du deuxième réacteur mis en contact avec la charge jusqu'à l'atteinte de la perte de charge maximale admissible DPmax
    6. f) une étape durant laquelle ledit deuxième réacteur colmaté est court-circuité et le catalyseur qu'il contient est régénéré et/ou remplacé par du catalyseur frais, le sens de l'écoulement est modifié et seul le ou les réacteur(s) non encore colmaté(s) fonctionnent en écoulement descendant ; lesdites étapes a), b), c), d), e), f) pouvant être répétées de manière cyclique dans cet ordre.
  • Lors du passage en courant ascendant, lors des étapes b) et e) (Up flow), les deux réacteurs sont en parallèle, le flux est divisé. Dans tous les autres cas (réacteurs en série : étapes a) et d) ou réacteur unique dans le cas d'une intervention sur le deuxième réacteur : étapes c) et f)), le sens d'écoulement est en courant descendant (down flow).
  • Selon la configuration initiale (débit de charge, nature de la charge..), le passage en courant ascendant (Up flow) peut impliquer d'une part l'ajout d'internes de distribution diphasique en bas de chaque réacteur et l'ajout d'internes de type grilles en haut de réacteur pour prévenir une éventuelle expansion du lit.
  • Charges
  • La charge traitée dans le procédé d'hydrotraitement selon l'invention est avantageusement une charge hydrocarbonée présentant une température initiale d'ébullition d'au moins 340°C et une température finale d'ébullition d'au moins 440°C. De préférence, sa température initiale d'ébullition est d'au moins 350°C, préférentiellement d'au moins 375°C, et sa température finale d'ébullition est d'au moins 450°C, préférentiellement d'au moins 460°C, plus préférentiellement d'au moins 500°C, et encore plus préférentiellement encore d'au moins 600°C.
  • La charge hydrocarbonée selon l'invention peut être choisie parmi les résidus atmosphériques, les résidus sous vide issus de distillation directe, des pétroles bruts, des pétroles bruts étêtés, des résines de désasphaltage, les asphaltes ou brais de désasphaltage, les résidus issus des procédés de conversion, des extraits aromatiques issus des chaînes de production de bases pour lubrifiants, des sables bitumineux ou leurs dérivés, des schistes bitumineux ou leurs dérivés, des huiles de roche mère ou leurs dérivés, pris seuls ou en mélange. Dans la présente invention, les charges que l'on traite sont de préférence des résidus atmosphériques ou des résidus sous vide, ou des mélanges de ces résidus.
  • La charge hydrocarbonée traitée dans le procédé peut contenir entre autre des impuretés soufrées. La teneur en soufre peut être d'au moins 0,1% en poids, de préférence d'au moins 0,5% en poids, préférentiellement d'au moins 1% en poids, plus préférentiellement d'au moins 2% en poids.
  • La charge hydrocarbonée traitée dans le procédé peut contenir entre autres des impuretés métalliques, notamment du nickel et du vanadium. La somme des teneurs en nickel et vanadium est généralement d'au moins 10 ppm, de préférence d'au moins 50 ppm, préférentiellement d'au moins 100 ppm.
  • Ces charges peuvent avantageusement être utilisées telles quelles. Alternativement, elles peuvent être diluées par une co-charge. Cette co-charge peut être une fraction hydrocarbonée ou un mélange de fractions hydrocarbonées plus légères, pouvant être de préférence choisies parmi les produits issus d'un procédé de craquage catalytique en lit fluide (FCC ou « Fluid Catalytic Cracking » selon la terminologie anglo-saxonne), une coupe légère (LCO ou « light cycle oil » selon la terminologie anglo-saxonne), une coupe lourde (HCO ou « heavy cycle oil » selon la terminologie anglo-saxonne), une huile décantée, un résidu de FCC, une fraction gazole, notamment une fraction obtenue par distillation atmosphérique ou sous vide, comme par exemple le gazole sous vide, ou encore pouvant venir d'un autre procédé de raffinage tel la cokéfaction ou la viscoréduction.
  • La co-charge peut aussi avantageusement être une ou plusieurs coupes issues du procédé de liquéfaction du charbon ou de la biomasse, des extraits aromatiques, ou toutes autres coupes hydrocarbonées, ou encore des charges non pétrolières comme de l'huile de pyrolyse. La charge hydrocarbonée lourde selon l'invention peut représenter au moins 50%, préférentiellement 70%, plus préférentiellement au moins 80%, et encore plus préférentiellement au moins 90% en poids de la charge hydrocarbonée totale traitée par le procédé selon l'invention.
  • Conditions opératoires
  • Le procédé d'hydrotraitement selon l'invention, et plus particulièrement l'étape d'hydrodémétallation préalable du procédé selon l'invention, peut avantageusement être mise en oeuvre à une température comprise entre 320°C et 430°C, de préférence 350°C à 410°C, sous une pression partielle en hydrogène avantageusement comprise entre 3 MPa et 30 MPa, de préférence entre 10 et 20 MPa, à une vitesse spatiale (VVH) avantageusement comprise entre 0,05 et 5 volume de charge par volume de catalyseur et par heure, et avec un rapport hydrogène gazeux sur charge liquide d'hydrocarbures avantageusement compris entre 200 et 5000 normaux mètres cubes par mètres cubes, de préférence 500 à 1500 normaux mètres cubes par mètres cubes.
  • Dans l'étape d'hydrodémétallation préalable, la valeur de la VVH de chaque réacteur permutable en fonctionnement est de préférence comprise entre 0,5 et 4 volume de catalyseur par volume de charge et par heure, et le plus souvent comprise entre 1 et 2 volume de catalyseur par volume de charge et par heure. La valeur de VVH globale des réacteurs permutables et celle de chaque réacteur est choisie par l'homme du métier de manière à réaliser le maximum d'hydrodémétallation (HDM) tout en contrôlant la température de réaction (limitation de l'exothermicité).
  • Les catalyseurs utilisés dans le procédé d'hydrotraitement selon l'invention, et notamment dans les réacteurs permutables de garde, sont de préférence des catalyseurs d'hydrotraitement connus et sont généralement des catalyseurs granulaires comprenant, sur un support, au moins un métal ou composé de métal ayant une fonction hydrodéshydrogénante. Ces catalyseurs sont avantageusement des catalyseurs comprenant au moins un métal du groupe VIII, choisi généralement dans le groupe formé par le nickel et/ou le cobalt, et/ou au moins un métal du groupe VIB, de préférence du molybdène et/ou du tungstène. Le support utilisé est généralement choisi dans le groupe formé par l'alumine, la silice, les silices-alumines, la magnésie, les argiles et les mélanges d'au moins deux de ces minéraux.
  • Préalablement à l'injection de la charge, les catalyseurs utilisés dans le procédé selon la présente invention sont de préférence soumis à un traitement de sulfuration permettant de transformer, au moins en partie, les espèces métalliques en sulfure avant leur mise en contact avec la charge à traiter. Ce traitement d'activation par sulfuration est bien connu de l'Homme du métier et peut être effectué par toute méthode déjà décrite dans la littérature soit in-situ, c'est-à-dire dans le réacteur, soit ex-situ.
  • Le système de zones de garde permutables avec inversion du sens de l'écoulement et mise en parallèle des réacteurs permutables permettant d'effectuer une hydrodémétallation préalable de la charge précède avantageusement une section d'hydrotraitement de charges hydrocarbonées lourdes en lit fixe ou lit bouillonnant.
  • De préférence, il précède une section d'hydrotraitement comprenant au moins une unité d'hydrodémétallation et au moins une unité d'hydrodésulfuration. Les réacteurs permutables sont de préférence intégrés en amont de l'unité d'hydrodémétallation, les réacteurs permutables étant utilisés comme lits de gardes.
  • Le procédé d'hydrotraitement selon l'invention permet avantageusement d'effectuer 50 % et plus d'hydrodémétallation de la charge à la sortie des réacteurs permutables,et de manière plus préférée de 50 à 95 % d'hydrodémétallation), grâce à la vitesse volumique horaire VVH choisie et l'efficacité du catalyseur d'hydrodémétallation HDM.
  • Dans le cas représenté sur la figure 1, la charge 1 arrive dans le ou les réacteurs permutables de garde par la conduite 1 et ressort de ce ou ces réacteurs par la conduite 13. La charge sortant du ou des réacteur(s) de garde arrive par la conduite 13 dans la section d'hydrotraitement 14 et plus précisément dans l'unité d'hydrodémétallation HDM 15 comprenant un ou plusieurs réacteurs. L'effluent de l'unité d'hydrodémétallation HDM 15 est soutiré par la conduite 16, puis envoyé dans l'unité d'hydrotraitement HDT 17 comprenant un ou plusieurs réacteurs. L'effluent final est soutiré par la conduite 18.
  • Modes de réalisation
  • Il est possible de mettre plusieurs réacteurs permutables en amont, leur nombre étant strictement supérieur à 2, avec changement de sens sur deux ou plus d'entre eux.
  • Selon un mode de réalisation, illustré par la figure 3, au moins un des réacteurs permutables comprend au moins deux lits catalytiques. Dans cette configuration, il peut être avantageux de court-circuiter la couche supérieure, ayant subi la plus grande part du colmatage, pendant les étapes en courant ascendant. Le court-circuitage d'un lit colmaté peut être effectué de manière externe par un soutirage latéral et une ligne de court-circuit, comprenant une vanne. Il est ainsi possible pour les étapes b) et/ou e) de « court-circuiter » les lits catalytiques déjà colmatés, et de faire sortir l'effluent de ce réacteur par une conduite située entre les lits catalytiques dans le cas de deux lits catalytiques ou entre un lit i et un lit i+1 dans le cas où le réacteur comprend n lits catalytiques, i étant un entier allant de 1 à n. De manière avantageuse, i+1 désigne le premier lit colmaté dans le sens de l'écoulement, l'effluent réactionnel sort donc du réacteur juste avant que le flux n'ait rencontré la zone colmatée. Ce mode de réalisation permet une utilisation optimale du volume catalytique global, puisque le flux ne traverse pas la partie déjà colmatée du réacteur.
  • Dans une variante préférée de ce mode de réalisation, tous les réacteurs permutables comprennent au moins deux lits catalytiques. Dans cette configuration, il est possible à la fois pour les étapes b) et e) de faire sortir l'effluent du réacteur en voie de colmatage par une conduite située entre les lits catalytiques dans le cas de deux lits catalytiques ou entre un lit i et un lit i+1 dans le cas où le réacteur comprend n lits catalytiques, i étant un entier allant de 1 à n.
  • Dans une variante encore plus préférée, la zone de garde comprend deux réacteurs permutables comprenant chacun deux lits catalytiques. Dans cette configuration, il est possible à la fois pour les étapes b) et e) de faire sortir l'effluent du réacteur en voie de colmatage par un soutirage latéral entre les deux lits catalytiques, juste avant la zone catalytique déjà colmatée.
  • Description des figures Figure 1 : Système de réacteurs permutables selon l'art antérieur
  • Le fonctionnement des réacteurs permutables selon FR2681871 est décrit dans la figure 1 comportant deux zones de garde (ou réacteurs permutables) R1a et R1 b. Ce procédé comprend une série de cycles comportant chacun quatre étapes successives :
    • une première étape (dénommée par la suite "étape a") au cours de laquelle la charge traverse successivement le réacteur R1 a, puis le réacteur R1b,
    • une deuxième étape (dénommée par la suite "étape b") au cours de laquelle la charge traverse uniquement le réacteur R1b, le réacteur R1a étant court-circuite pour régénération et/ou remplacement du catalyseur,
    • une troisième étape (dénommée par la suite "étape c") au cours de laquelle la charge traverse successivement le réacteur R1b, puis le réacteur R1a,
    • une quatrième étape (dénommée par la suite "étape d") au cours de laquelle la charge traverse uniquement le réacteur R1a, le réacteur R1b étant court-circuite pour régénération et/ou remplacement du catalyseur.
  • Au cours de l'étape a) du procédé, la charge est introduite par la ligne 3 et la ligne 21 comportant une vanne V1 ouverte vers la ligne 21' et le réacteur de garde R1a renfermant un lit fixe A de catalyseur. Durant cette période les vannes V3, V4 et V5 sont fermées. L'effluent du réacteur R1a est envoyé par la conduite 23, la conduite 26 comportant une vanne V2 ouverte et la conduite 22' dans le réacteur de garde R1 b renfermant un lit fixe B de catalyseur. L'effluent du réacteur R1 b est envoyé par les conduites 24 et 24' comportant une vanne V6 ouverte et la conduite 13 a la section d'hydrotraitement principale 14. Au cours de l'étape b) du procédé les vannes V1, V2, V4 et V5 sont fermées et la charge est introduite par la ligne 3 et la ligne 22 comportant une vanne V3 ouverte vers la ligne 22' et le réacteur R1 b. Durant cette période l'effluent du réacteur R1 b est envoyé par les conduites 24 et 24' comportant une vanne V6 ouverte et la conduite 13 a la section d'hydrotraitement principale 14. Au cours de l'étape c) les vannes V1, V2 et V6 sont fermées et les vannes V3, V4 et V5 sont ouvertes. La charge est introduite par la ligne 3 et les lignes 22 et 22' vers le réacteur R1 b. L'effluent du réacteur R1 b est envoyé par la conduite 24, la conduite 27 comportant une vanne V4 ouverte et la conduite 21' dans le réacteur de garde RI a. L'effluent du réacteur R1a est envoyé par les conduites 23 et 23' comportant une vanne V5 ouverte et la conduite 13 a la section d'hydrotraitement principale 14. Au cours d'étape d) les vannes V2, V3, V4 et V6 sont fermées et les vannes V1 et V5 sont ouvertes. La charge est introduite par la ligne 3 et les lignes 21 et 21' vers le réacteur R1 a. Durant cette période l'effluent du réacteur R1 a est envoyé par les conduites 23 et 23' comportant une vanne V5 ouverte et la conduite 13 a la section d'hydrotraitement principale 14. Le cycle recommence ensuite de nouveau. Les opérations sur les vannes de l'unité 30 permettant le fonctionnement des réacteurs permutables selon FR2681871 sont reportées au tableau 1. Tableau 1 : Opérations sur les vannes autour des réacteurs permutables selon FR2681871
    Étape Cycle Intervention V1 V2 V3 V4 V5 V6
    a R1A + R1B - O* O F** F F O
    b R1B R1A F F O F F O
    c R1B + R1A - F F O O O F
    d R1A R1B O F F F O F
    a R1A + R1B - O O F F F O
    * O = ouvert, **F = fermé
  • Figure 2 : Système selon l'invention
  • Le fonctionnement du système de réacteurs permutables selon l'invention est décrit à titre non limitatif dans la figure 2 comportant deux zones de garde (ou réacteurs permutables) R1a et R1 b. Ce procédé comprend une série de cycles comportant chacun six étapes successives :
    • une première étape (dénommée par la suite "étape a") au cours de laquelle la charge traverse successivement le réacteur R1 a, puis le réacteur R1 b, placés en série, l'écoulement est descendant ; jusqu'à atteindre une perte de charge comprise entre 20 et 70 % de la perte de charge maximale admissible par les équipements DPmax, de préférence entre 30 et 60% de DPmax, de manière encore plus préférée entre 35 et 50% de DPmax ;
    • une deuxième étape (dénommée par la suite "étape b") d'inversion du sens de l'écoulement et de mise en parallèle des réacteurs R1a et R1b pendant une durée au plus égale au temps de colmatage de R1a, déterminée par l'atteinte de la perte de charge maximale admissible par les réacteurs, la charge traverse alors de manière simultanée le réacteur R1 b et le réacteur R1 a, l'écoulement est ascendant,
    • une troisième étape (dénommée par la suite "étape c ») durant laquelle ledit (premier) réacteur colmaté R1a est court-circuité et le catalyseur qu'il contient est régénéré et/ou remplacé par du catalyseur frais, le sens de l'écoulement est modifié et seul le réacteur non encore colmaté R1b fonctionne, la charge traverse uniquement le réacteur RIB de manière descendante.
    • une quatrième étape (dénommée par la suite "étape d") au cours de laquelle le premier réacteur R1A est remis en fonctionnement, R1B et R1A fonctionnent en série en écoulement descendant
    • une cinquième étape (dénommée par la suite "étape e ») au cours de laquelle on inverse le sens d'écoulement, R1A et R1B fonctionnent en parallèle en courant ascendant
    • une sixième étape (dénommée par la suite "étape f ») durant laquelle ledit (deuxième) réacteur colmaté R1B est court-circuité et le catalyseur qu'il contient est régénéré et/ou remplacé par du catalyseur frais, le sens de l'écoulement est modifié et seul le réacteur non encore colmaté R1A fonctionne, la charge traverse uniquement le réacteur R1A de manière descendante, le réacteur R1B étant court-circuite pour régénération et/ou remplacement du catalyseur
  • Un nouveau cycle peut commencer, de nouveau par l'étape a) : On remet R1B en fonctionnement, R1A et R1B fonctionnent en série en écoulement descendant.
  • Dans le procédé selon l'invention, illustré par la figure 2, au cours de l'étape a) du procédé, la charge 1 est introduite par la ligne 3 et la ligne 21 comportant une vanne V1 ouverte vers la ligne 21' et le réacteur de garde R1a renfermant un lit fixe A de catalyseur. Durant cette période les vannes V3, V4 et V5, V8 et V9 sont fermées. L'effluent du réacteur R1a est envoyé par la conduite 23, la conduite 26 comportant une vanne V2 ouverte et la conduite 22' dans le réacteur de garde R1 b renfermant un lit fixe B de catalyseur. L'effluent du réacteur R1 b est envoyé par les conduites 24 et 24' comportant une vanne V6 ouverte et par la conduite 13 comprenant une vanne V10 ouverte vers la section d'hydrotraitement principale 14. L'écoulement se fait en flux descendant.
  • Au cours de l'étape b) du procédé, le sens d'écoulement est inversé pour passer en flux ascendant, les vannes V1, V2, V3 et V4 ainsi que V10 et V11 sont fermées et la charge est introduite simultanément en courant ascendant :
    • par la ligne 3 et la ligne 28 comportant une vanne V7 ouverte et la ligne 23' comportant une vanne ouverte V5 vers la ligne 23 et le réacteur R1 A
    • par la ligne 3 et la ligne 28 comportant une vanne V7 ouverte et la ligne 24' comportant une vanne ouverte V6 vers la ligne 24 et le réacteur R1 B.
  • Durant cette période l'effluent du réacteur R1 b est envoyé par les conduites 22' et 30 comportant une vanne V9 ouverte et la conduite 31 vers la section d'hydrotraitement principale 14. L'effluent du réacteur R1 a est envoyé par les conduites 22' et 30 comportant une vanne V8 ouverte et la conduite 31 vers la section d'hydrotraitement principale 14.
  • Au cours de l'étape c) les vannes V1, V2, V4, V5, V7, V8, V9 sont fermées et les vannes V3, V6, V10, et V11 sont ouvertes. La charge est introduite par la ligne 3 et les lignes 22 et 22' vers le réacteur R1 b. L'effluent du réacteur R1b est envoyé par les conduites 24 et 24' comportant une vanne V6 ouverte et la conduite 13 comprenant une vanne V10 ouverte vers la section d'hydrotraitement principale 14. Le réacteur R1a colmaté est ainsi court-circuité afin de permettre l'intervention sur le réacteur R1a pour le remplacement/rechargement du catalyseur.
  • Au cours de l'étape d) les vannes V1, V2, V6, V7, V8, V9 sont fermées et les vannes V3, V4, V5, V10 et V11 sont ouvertes. La charge est introduite par la ligne 3 et les lignes 22 et 22' vers le réacteur R1 b, les vannes V3 et V11 étant ouvertes. Durant cette période l'effluent du réacteur R1 b est envoyé par les conduites 24 et 27' comportant une vanne V4 ouverte et la conduite 21' au réacteur R1a. L'effluent du réacteur R1a est envoyé via une ligne 23 comportant une vanne V5 ouverte et une vanne V10 ouverte vers la section d'hydrotraitement principale 14. L'écoulement se fait de manière descendante dans les réacteurs R1b et R1a placés en série.
    Au cours de l'étape e), le sens d'écoulement est inversé pour passer en flux ascendant, les vannes V1, V2, V3 et V4 ainsi que V10 et V11 sont fermées et la charge est introduite simultanément en courant ascendant :
    • par la ligne 3 et la ligne 28 comportant une vanne V7 ouverte et la ligne 23' comportant une vanne ouverte V5 vers la ligne 23 et le réacteur R1 a.
    • par la ligne 3 et la ligne 28 comportant une vanne V7 ouverte et la ligne 24' comportant une vanne ouverte V6 vers la ligne 24 et le réacteur R1 b.
  • Durant cette période l'effluent du réacteur R1 b est envoyé par les conduites 22' et 30 comportant une vanne V9 ouverte et la conduite 31 vers la section d'hydrotraitement principale 14. L'effluent du réacteur R1 a est envoyé par les conduites 22' et 30 comportant une vanne V8 ouverte et la conduite 31 vers la section d'hydrotraitement principale 14.
  • Au cours de l'étape f), les vannes V2, V3, V4, V6, V7, V8, V9 sont fermées et les vannes V1, V5, V10, et V11 sont ouvertes. La charge est introduite par la ligne 3 et les lignes 21 et 21' vers le réacteur R1 a. L'effluent du réacteur R1a est envoyé par les conduites 23 et 23' comportant une vanne V5 ouverte et la conduite 13 comprenant une vanne V10 ouverte vers la section d'hydrotraitement principale 14. Le réacteur R1b colmaté est ainsi court-circuité afin de permettre l'intervention sur le réacteurR1b pour le remplacement/rechargement du catalyseur.
  • Le cycle recommence ensuite de nouveau. Les opérations sur les vannes de l'unité permettant le fonctionnement des réacteurs permutables selon l'invention sont reportées au tableau 2. Tableau 2 : Opérations sur les vannes autour des réacteurs permutables selon invention
    Étape Cycle Sens de circulation Intervention V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11
    a R1A + R1B Descendant - O* O F" F F O F F F O O
    b R1A + R1B Ascendant - F F F F O O O O O F F
    c R1B Descendant R1A F F O F F O F F F O O
    d R1B + R1A Descendant - F F O O O F F F F O O
    e R1A + R1B Ascendant - F F F F O O O O O F F
    f R1A Descendant R1B O F F F O F F F F O O
    a R1A + R1B Descendant - O O F F F O F F F O O
    * O = ouvert, **F = fermé
  • Figure 3 : Mode de réalisation avec court-circuitage
  • Dans ce mode de réalisation, la figure 3 illustre un court-circuitage du lit catalytique déjà colmaté au cours des étapes b) et e).
  • Au cours de l'étape a) du procédé, la charge 1 est introduite par la ligne 3 et la ligne 21 comportant une vanne V1 ouverte vers la ligne 21' et le réacteur de garde R1a renfermant un lit fixe A de catalyseur. Durant cette période les vannes V3, V4 et V5, V8, V9, V12, V13 sont fermées. L'effluent du réacteur R1a est envoyé par la conduite 23, la conduite 26 comportant une vanne V2 ouverte et la conduite 22' dans le réacteur de garde R1 b renfermant un lit fixe B de catalyseur. L'effluent du réacteur R1 b est envoyé par les conduites 24 et 24' comportant une vanne V6 ouverte et par la conduite 13 comprenant une vanne V10 ouverte vers la section d'hydrotraitement principale 14. L'écoulement se fait en flux descendant.
  • Au cours de l'étape b) du procédé, le sens d'écoulement est inversé pour passer en flux ascendant, les vannes V1, V2, V3 et V4 ainsi que V10, V11, et V13 sont fermées et la charge est introduite simultanément en courant ascendant :
    • par la ligne 3 et la ligne 28 comportant une vanne V7 ouverte et la ligne 23' comportant une vanne ouverte V5 vers la ligne 23 et le réacteur R1 A
    • par la ligne 3 et la ligne 28 comportant une vanne V7 ouverte et la ligne 24' comportant une vanne ouverte V6 vers la ligne 24 et le réacteur R1 B.
  • Durant cette période, l'effluent du réacteur R1 b est envoyé par les conduites 22' et 30 comportant une vanne V9 ouverte et la conduite 31 vers la section d'hydrotraitement principale 14.
  • L'effluent du réacteur R1 a est envoyé par les conduites 32 et 30 comportant une vanne V12 ouverte et la conduite 31 vers la section d'hydrotraitement principale 14. La vanne V8 est fermée. Le lit catalytique déjà colmaté est ainsi court-circuité.
  • Au cours de l'étape c) les vannes V1, V2, V4, V5, V7, V8, V9, V12, V13 sont fermées et les vannes V3, V6, V10, et V11 sont ouvertes. La charge est introduite par la ligne 3 et les lignes 22 et 22' vers le réacteur R1 b. L'effluent du réacteur R1b est envoyé par les conduites 24 et 24' comportant une vanne V6 ouverte et la conduite 13 comprenant une vanne V10 ouverte vers la section d'hydrotraitement principale 14. Le réacteur R1a colmaté est ainsi court-circuité afin de permettre l'intervention sur le réacteur R1a pour le remplacement/rechargement du catalyseur.
  • Au cours de l'étape d) les vannes V1, V2, V6, V7, V8, V9, V12, V13 sont fermées et les vannes V3, V4, V5, V10 et V11 sont ouvertes. La charge est introduite par la ligne 3 et les lignes 22 et 22' vers le réacteur R1 b, les vannes V3 et V11 étant ouvertes. Durant cette période l'effluent du réacteur R1 b est envoyé par les conduites 24 et 27' comportant une vanne V4 ouverte et la conduite 21' au réacteur R1a. L'effluent du réacteur R1a est envoyé via une ligne 23 comportant une vanne V5 ouverte et une vanne V10 ouverte vers la section d'hydrotraitement principale 14. L'écoulement se fait de manière descendante dans les réacteurs R1b et R1a placés en série.
  • Au cours de l'étape e), le sens d'écoulement est inversé pour passer en flux ascendant, les vannes V1, V2, V3 et V4 ainsi que V10, V11 et V12 sont fermées et la charge est introduite simultanément en courant ascendant :
    • par la ligne 3 et la ligne 28 comportant une vanne V7 ouverte et la ligne 23' comportant une vanne ouverte V5 vers la ligne 23 et le réacteur R1 a.
    • par la ligne 3 et la ligne 28 comportant une vanne V7 ouverte et la ligne 24' comportant une vanne ouverte V6 vers la ligne 24 et le réacteur R1 b.
    Durant cette période l'effluent du réacteur R1 b est envoyé par les conduites 33 et 30 comportant une vanne V13 ouverte et la conduite 31 vers la section d'hydrotraitement principale 14. L'effluent du réacteur R1 a est envoyé par les conduites 22' et 30 comportant une vanne V8 ouverte et la conduite 31 vers la section d'hydrotraitement principale 14.
  • Au cours de l'étape f), les vannes V2, V3, V4, V6, V7, V8, V9, V12, V13 sont fermées et les vannes V1, V5, V10, et V11 sont ouvertes. La charge est introduite par la ligne 3 et les lignes 21 et 21' vers le réacteur R1 a. L'effluent du réacteur R1a est envoyé par les conduites 23 et 23' comportant une vanne V5 ouverte et la conduite 13 comprenant une vanne V10 ouverte vers la section d'hydrotraitement principale 14. Le réacteur R1b colmaté est ainsi court-circuité afin de permettre l'intervention sur le réacteurR1b pour le remplacement/rechargement du catalyseur.
  • Le cycle recommence ensuite de nouveau. Les opérations sur les vannes de l'unité permettant le fonctionnement des réacteurs permutables selon l'invention sont reportées au tableau 3.
    Etape Cycle Sens de circulation Int. V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 V12 V13
    a R1A + R1B Descendant - O* O F** F F O F F F O O F F
    b R1A + R1B Ascendant - F F F F O O O F O F F O F
    c R1B Descendant R1A F F O F F O F F F O O F F
    d R1B + R1A Descendant - F F O O O F F F F O O F F
    e R1A + R1B Ascendant - F F F F O O O O F F F F O
    f R1A Descendant R1B O F F F O F F F F O O F F
    a R1A + R1B Descendant - O O F F F O F F F O O F F
  • Exemples
  • Les exemples ci-dessous illustrent l'invention à titre non limitatif.
  • Exemple 1 (comparatif, non conforme à l'invention, selon FR2681871)
  • La charge est constituée d'un mélange (70/30% pds) de résidu atmosphérique (RA) d'origine Moyen Orient (Arabian Medium) et d'un résidu sous vide (VR) d'origine Moyen Orient (Arabian Light). Ce mélange se caractérise par une viscosité élevée (0.91 cP) à température ambiante, une densité de 994 kg/m3, de fortes teneurs en carbone Conradson (14% en poids) et asphaltènes (6% en poids) et une quantité élevée de nickel (22 ppm en poids), vanadium (99 ppm en poids) et soufre (4,3 % en poids).
  • Le procédé d'hydrotraitement est mené selon le procédé décrit dans FR2681871 et comporte l'utilisation de deux réacteurs permutables (R1A et R1B de la figure 1). Les deux réacteurs sont chargés avec un catalyseur d'hydrodémétallation HDM CoMoNi/alumine. Un cycle se définit comme intégrant les étapes de a) à d) (cf. tableau 1). Le temps de désactivation et/ou de colmatage est atteint quand la perte de charge atteint 0,7 MPa (7bars) et/ou la température moyenne d'un lit atteint 405°C et/ou lorsque l'écart de température sur un lit catalytique devient radialement supérieur à 5°C.
  • Le procédé s'effectue sous une pression de 19 MPa, une température en début de cycle de 360°C et en fin de cycle de 400°C, et une VVH = 2h-1 par réacteur permettant de maintenir un taux de démétallation voisin de 60 %.
  • La figure 4 montre l'évolution des cycles en termes de temps de fonctionnement (en jours) pour le procédé selon FR2681871 . Un cycle étant ici défini comme le fonctionnement alternatif de R1a puis R1b. Ainsi, selon la figure 4, la courbe du réacteur R1a selon l'état de l'art (cas base R1a) montre au début du cycle une augmentation de la perte de charge dans le premier réacteur R1a jusqu'à sa valeur maximalement admissible (DPmax = 0,7 MPa ou 7 bars) à partir de laquelle il faut procéder au remplacement du catalyseur. Dans le cas de l'état de l'art ( FR2681871 ), le temps de fonctionnement du réacteur R1a est donc de 210 jours. Lors du remplacement du catalyseur du réacteur R1a, la perte de charge dans le réacteur R1b a atteint environ 3 bars. Au cours de la phase suivante où la charge traverse le réacteur R1b, puis le réacteur R1a contenant un catalyseur neuf, la perte de charge du réacteur R1b augmente jusqu'à la valeur maximale admissible, qui est atteinte après 320 jours de fonctionnement. Un deuxième cycle peut être envisagé sur ces réacteurs permutables, en remplaçant le catalyseur du réacteur R1b.
  • Le temps de désactivation et/ou de colmatage (ou la durée de fonctionnement) de la première zone est donc de 210 jours. Au total, on observe une durée de cycle de 320 jours pour le premier cycle et de 627 jours pour deux cycles.
  • Il est rappelé qu'à la fin du cycle de fonctionnement, le procédé est arrêté pour remplacer le catalyseur.
  • Exemple 2 (conforme à l'invention)
  • Le procédé d'hydrotraitement est répété avec la même charge, le même catalyseur et sous les mêmes conditions opératoires selon l'exemple 1. Le taux d'hydrodémétallation HDM est maintenu à 60 %.
  • Le schéma retenu pour l'exemple est celui présenté sur la figure 2. La figure 4 montre que selon l'art antérieur, la durée de cycle est de 320 jours pour le premier cycle. En effet, la perte de pression augmente dans le lit catalytique jusqu'à atteindre la perte de pression maximale admissible DPmax pour les équipements installés dans cet exemple de 0,7 MPa (7 bar) au bout de 210 jours pour le premier réacteur et 320 jours pour le second.
  • En revanche, en intégrant l'étape d'inversion et de mise en parallèle du sens de l'écoulement selon l'invention lorsque la perte de charge atteint un seuil Dpi égal à 0,3 MPa (3 bar), soit environ 43 % de la perte de charge maximale admissible dans les équipements DPmax (Figure 5), la durée de vie pour le premier réacteur est allongée à 380 jours, pour une durée de cycle de 580 jours. Il apparaît donc dans cet exemple que le procédé d'hydrotraitement intégrant une étape de changement de sens de l'écoulement et de mise en parallèle des réacteurs permet d'augmenter la durée de cycle de la zone catalytique d'hydrodémétallation de manière significative, notamment avec un gain de 260 jours (soit de 80%).

Claims (15)

  1. Procédé d'hydrotraitement catalytique d'une charge hydrocarbonée lourde, en présence d'hydrogène, comprenant une étape d'hydrodémétallation préalable au moyen d'au moins deux réacteurs permutables en lit fixe comprenant chacun au moins un lit catalytique, qui sont utilisés de façon cyclique selon les étapes suivantes :
    a) une étape dans laquelle au moins deux réacteurs sont utilisés en série en écoulement descendant jusqu'à l'atteinte d'un seuil de perte de charge Dpi de valeur comprise entre 20 et 70 % de la perte de charge maximale admissible DPmax,
    b) une étape d'inversion du sens de l'écoulement et de mise en parallèle desdits au moins deux réacteurs jusqu'à l'atteinte de la perte de charge maximale admissible DPmax
    c) une étape durant laquelle le premier réacteur mis en contact avec la charge à l'étape a) est court-circuité et le catalyseur qu'il contient est régénéré et/ou remplacé par du catalyseur frais, le sens de l'écoulement est modifié et seul le ou les réacteur(s) non encore colmaté(s) fonctionnent en écoulement descendant,
    d) une étape durant laquelle lesdits au moins deux réacteurs sont utilisés en série, le réacteur dont le catalyseur a été régénéré au cours de l'étape précédente étant reconnecté et ladite étape étant poursuivie jusqu'à l'atteinte d'un seuil de perte de charge Dpi de valeur comprise entre 20 et 70 % de la perte de charge maximale admissible DPmax,
    e) une étape d'inversion du sens de l'écoulement et de mise en parallèle des deux réacteurs, jusqu'à l'atteinte de la perte de charge maximale admissible DPmax
    f) une étape durant laquelle le deuxième réacteur mis en contact avec la charge à l'étape a) est court-circuité et le catalyseur qu'il contient est régénéré et/ou remplacé par du catalyseur frais, le sens de l'écoulement est modifié et seul le ou les réacteur(s) non encore colmaté(s) fonctionnent en écoulement descendant; lesdites étapes a), b), c), d), e), f) pouvant être répétées de manière cyclique dans cet ordre.
  2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel au moins un des réacteurs comprend n lits catalytiques et on fait sortir l'effluent dudit réacteur aux étapes b) et/ou e) par un soutirage latéral entre un lit catalytique i et un lit catalytique i+1, n étant un entier supérieur ou égal à 2, i étant un entier allant de 1 à n.
  3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel ledit lit catalytique i+1 désigne le premier lit catalytique colmaté dans le sens de l'écoulement.
  4. Procédé selon la revendication 2 ou 3 dans lequel lesdits au moins deux réacteurs permutables comportent tous au moins deux lits catalytiques.
  5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel le seuil de perte de charge Dpi a une valeur comprise entre 30 et 60% de la perte de charge maximale admissible DPmax.
  6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel le seuil de perte de charge Dpi a une valeur comprise entre 35 et 50% de la perte de charge maximale admissible DPmax.
  7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la charge hydrocarbonée lourde présente une température initiale d'ébullition d'au moins 340°C et une température finale d'ébullition d'au moins 440°C.
  8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel la charge est choisie parmi les résidus atmosphériques, les résidus sous vide issus de distillation directe, des pétroles bruts, des pétroles bruts étêtés, des résines de désasphaltage, les asphaltes ou brais de désasphaltage, les résidus issus des procédés de conversion, des extraits aromatiques issus des chaînes de production de bases pour lubrifiants, des sables bitumineux ou leurs dérivés, des schistes bitumineux ou leurs dérivés, des huiles de roche mère ou leurs dérivés, pris seuls ou en mélange.
  9. Procédé selon la revendication 8 dans lequel la charge est choisie parmi les résidus atmosphériques ou les résidus sous vide, ou des mélanges de ces résidus.
  10. Procédé selon l'une des revendications précédentes mis en oeuvre à une température comprise entre 320°C et 430°C, sous une pression partielle en hydrogène comprise entre 3 MPa et 30 MPa, à une vitesse spatiale (VVH) comprise entre 0,05 et 5 volume de charge par volume de catalyseur et par heure, et avec un rapport hydrogène gazeux sur charge liquide d'hydrocarbures compris entre 200 et 5000 normaux mètres cubes par mètres cubes.
  11. Procédé selon la revendication 10 dans lequel l'étape d'hydrodémétallation préalable est mise en oeuvre en présence d'un catalyseur d'hydrodémétallation comprenant au moins un métal du groupe VIII, et/ou au moins un métal du groupe VIB, sur un support utilisé choisi dans le groupe formé par l'alumine, la silice, les silices-alumines, la magnésie, les argiles et les mélanges d'au moins deux de ces minéraux.
  12. Procédé selon la revendication 11 dans lequel l'étape d'hydrodémétallation préalable est mise en oeuvre à une vitesse spatiale VVH de chaque réacteur permutable en fonctionnement comprise entre 0,5 et 4 volume de charge par volume de catalyseur et par heure.
  13. Procédé selon la revendication 12 dans lequel l'étape d'hydrodémétallation préalable est mise en oeuvre à une vitesse spatiale VVH de chaque réacteur permutable en fonctionnement comprise entre 1 et 2 volume de charge par volume de catalyseur et par heure.
  14. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la perte de charge maximale admissible DPmax est comprise entre 0,3 et 1 MPa.
  15. Procédé selon la revendication 14 dans lequel la perte de charge maximale admissible DPmax est comprise entre 0,5 et 0,8 MPa.
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