FR2904032A1 - Installation et methode pour ameliorer la production et la qualite d'hydrocarbure par integration dans un puits d'un monolithe comportant un catalyseur. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une installation, et une méthode, pour la production d'hydrocarbure par un puits foré dans une roche réservoir, dans laquelle le puits est muni de moyens de réaction chimique sur ledit d'hydrocarbure. Selon l'invention, elle comprend: - des moyens catalytiques constitués d'au moins un bloc monolithique (6) comportant du catalyseur, - des moyens de chauffage (7) et, - des moyens d'apport d'hydrogène (9) en amont des moyens catalytiques.

Description

La présente invention concerne le domaine de l'exploitation de gisements

d'hydrocarbures, en particulier ceux qui contiennent des hydrocarbures dont la viscosité est supérieure à 0,1 Pa.s, à la température du réservoir. Ces hydrocarbures particuliers sont généralement classés dans les "bruts lourds" ou "huiles lourdes". La croissance de la demande énergétique mondiale associée à une diminution des ressources de bruts conventionnels conduit les compagnies pétrolières à exploiter des gisements de bruts lourds. L'exploitation de ces huiles lourdes constitue un nouvel enjeu stratégique puisque les ressources prouvées se chiffrent à environ 4700 milliards de barils, soit une quantité analogue à celle du pétrole conventionnel restant aujourd'hui en place. D'autre part, une grande partie des gisements de bruts lourds dans le monde se situe dans des régions différentes de celles où sont exploitées les principales réserves de brut léger. Ces bruts lourds, caractérisés par un degré API inférieur à 20, et une viscosité élevée supérieure à 0,1 Pa.s, sont difficiles à extraire et à transporter. Notre invention propose donc l'adaptation d'un procédé de raffinage dans le puits afin d'améliorer la remontée et le transport du brut, notamment les bruts lourds et extra lourds. On connaît des procédés qui permettent la production de brut lourd en injectant dans les réservoirs des fluides destinés à rendre plus mobiles les hydrocarbures, par 25 solvatation, ou qui utilisent la fluidification par la température. Cependant, tous ces procédés présentent des inconvénients de coûts ou de complexité opérationnelle. La présente invention se fonde sur le principe d'effectuer une conversion chimique 30 de l'hydrocarbure lourd dans le puits ("upgrading" in situ) en présence d'hydrogène de façon à le rendre plus facilement déplaçable dans des conditions acceptables. L'upgrading permet l'augmentation des proportions des fractions essences, gazoles et distillats sous vide au détriment de la fraction résidu sous vide (point d'ébullition généralement supérieur à 1 2904032 2 540 C). L'intérêt de l'upgrading in situ des bruts lourds par conversion et apport d'hydrogène est d'améliorer la récupération, la transportabilité et la qualité des bruts lourds. Dans la suite de la description on entendra par "hydroconversion" du brut toute réaction chimique de conversion utilisant l'hydrogène, notamment d'hydrotraitement : 5 hydrodésulfuration, hydrodémétallation (nickel et vanadium principalement), précipitation des asphaltènes, hydrodéazotation, réduction du Carbon Conradson, ou hydroviscoréduction. Ainsi, la présente invention, concerne une installation pour la production 10 d'hydrocarbure par un puits foré dans une roche réservoir, dans laquelle le puits est muni de moyens de réaction chimique sur ledit d'hydrocarbure. Selon l'invention, l'installation comprend: - des moyens catalytiques constitués d'au moins un bloc monolithique comportant du catalyseur, - des moyens de chauffage et, - des moyens d'apport d'hydrogène en amont des moyens catalytiques. 15 Les moyens catalytiques peuvent être constitués d'un train de monolithes articulés entre eux. L'installation peut comprendre plusieurs monolithes de petits diamètres disposés côte à côte dans une section du puits. La succession de monolithes peut avoir des canaux dont le diamètre varie et 20 diminue entre l'entrée et la sortie (S) du train de monolithes. Les monolithes peuvent comprendre un canal au centre pour le passage de câbles et le transport de fluides. L'installation peut comprendre une unité de pompage en amont des moyens catalytiques.

Le puits étant muni d'une colonne de production, l'installation peut comprendre au moins un bloc de catalyseur monolithique, une extension comprenant des moyens de chauffage, une conduite d'injection d'hydrogène en amont des moyens catalytiques. La colonne de production peut comporter à son extrémité des moyens de pompage d'hydrocarbure.

Des éléments de chauffage peuvent être disposés dans le drain au droit de la roche réservoir.

2904032 3 L'invention concerne également une méthode optimisée de production d'hydrocarbure contenu dans une roche réservoir traversée par un puits, caractérisée en ce que l'on effectue les étapes suivantes: - on munit le puits de moyens catalytiques sous forme de monolithes, 5 - on apporte de l'hydrogène en amont des moyens catalytiques, - on effectue un chauffage de l'hydrocarbure de manière à réaliser une hydroconversion catalytique dans lesdits moyens catalytiques. Les moyens catalytiques peuvent comprendre une phase active supportée sur une matrice poreuse enduite sur un substrat monolithique.

10 La phase active peut comprendre à la fois un sulfure d'un métal du groupe VIB (colonne 6 de la nouvelle notation de la table périodique des éléments), et un sulfure d'un métal du groupe VIII. La matrice poreuse peut être une matrice minérale amorphe ou mal cristallisée. La matrice poreuse peut comprendre également au moins une argile simple 15 synthétique ou naturelle. La matrice peut comprendre également au moins un tamis moléculaire. Le substrat monolithique peut être choisi dans le groupe formé par les substrats en céramique, le carbure et/ou nitrure de silicium, le titanate d'aluminium, les substrats métalliques.

20 La réaction d'hydroconversion peut être mise en oeuvre selon les conditions opératoires suivantes: - une température supérieure à 200 C, - une pression totale comprise entre 0,1 et 20 MPa, - une vitesse spatiale (volume de charge par volume de catalyseur monolithique et 25 par heure) comprise entre 0,1 et 10h-1, - une quantité d'hydrogène telle que le rapport volumique litre d'hydrogène/litre de charge soit compris entre 0, 1 et 1000 1/1. La roche réservoir peut contenir un hydrocarbure d'un degré API inférieur à 20. On peut injecter l'hydrogène, ou un précurseur d'hydrogène, depuis la surface.

30 L'hydrogène peut être apporté par une réaction thermique ou biologique au sein de la roche réservoir.

2904032 4 La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d'exemples de réalisation, nullement limitatifs, illustrés par les figures ci-après annexées, parmi lesquelles: - la figure 1 montre un schéma de l'installation; 5 - la figure 2 montre une vue de dessous d'un bloc monolithique; - les figures 3a, 3b, et 3c illustrent un train de blocs monolithiques; - la figure 4 montre une variante d'assemblage des blocs; la figure 5 illustre une variante concernant le train de blocs; la figure 6 montre une autre variante concernant les moyens de liaisons avec la 10 surface. La figure 1 montre schématiquement une mise en oeuvre de la présente invention. Sur la figure 1, un drain 1 permet la production d'un réservoir d'hydrocarbure, ledit drain étant foré à partir d'un puits 2 cuvelé par un tube 3 prolongé par un "liner" 4. Une colonne 15 de production ("tubing") 5 contient un ensemble de moyens catalytiques 6, se prolonge par une extension munie d'un dispositif de chauffage 7 et se termine éventuellement par des moyens de pompage 8. Une conduite 9 permet l'injection de l'hydrogène à l'entrée des moyens catalytiques. Les moyens catalytiques 6 sont constitués par un monolithe, ou plusieurs blocs de 20 monolithe, à travers lequel l'hydrocarbure lourd s'écoule et y subit une réaction chimique, par exemple une hydroconversion. Dans la suite de la description, on entendra par monolithe un support solide, par exemple en céramique, qui comporte des canaux longitudinaux permettant l'écoulement des fluides au sein du monolithe. Des phases catalytiques recouvrant la surface des canaux, ou directement supportées sur une matrice 25 poreuse enduite sur le substrat monolithique, permettent aux molécules d'hydrogène et d'hydrocarbure de subir une réaction chimique promue dans le monolithe. Une unité de chauffage 7 fournit au brut une quantité de chaleur suffisante pour que la catalyse dans le monolithe puisse opérer. Plusieurs systèmes de chauffage peuvent être employés selon la configuration du puits: 30 / système de chauffage électrique (résistance chauffante, induction, micro-onde, plasma, ...) / système de chauffage par combustion avec l'utilisation de brûleurs en fond de puits.

2904032 5 Selon les gisements, la température du brut lourd à l'entrée de l'unité de chauffage varie entre 20 C et 150 C. Afin que les réactions chimiques entre l'hydrocarbure et le donneur d'hydrogène soient d'une intensité suffisante, il est nécessaire que le brut pénètre dans le monolithe à une température comprise entre 300 C et 700 C. Dans ces conditions, 5 le système de chauffage doit fournir entre 400 kW et 700 kW, ce qui est de l'ordre de grandeur des puissances que sont capables de générer les systèmes de chauffage cités ci-dessus. Selon la figure 1, le chauffage est disposé autour d'une extension de tubing de façon à chauffer l'hydrocarbure par conduction avec la paroi du tubing. Dans le cas de chauffage électrique, un câble 10 de transport électrique remonte dans l'annulaire jusqu'en 10 surface. Le brut qui s'écoule du drain, en amont des moyens catalytiques peut avoir la température adéquate à l'obtention de la réaction catalytique, en conséquence de la technique de récupération employée, notamment, si on développe de la combustion in situ, ou un schéma de production de type SAGD (Steam Assisted Gravity Drainage) ou 15 similaire. Même dans ce cas, un chauffage complémentaire, par exemple électrique peut être nécessaire en appoint de température en amont des moyens catalytiques. Dans une autre variante (non représentée), des éléments de chauffage sont disposés dans le drain même, au droit de la formation productrice d'hydrocarbure, de façon à conjointement chauffer le brut pour l'obtention en aval de la réaction catalytique et 20 améliorer le drainage en augmentant la température dans la formation productrice. Une unité de pompage 8 optionnelle permet d'assister à la remontée du brut dans le tube de production. Le point d'injection d'hydrogène 12 peut être disposé en amont ou en aval de l'unité de pompage (par rapport au sens d'écoulement du brut). Si l'injection, l'apport, d'hydrogène est réalisée en amont de l'unité de pompage, cette unité a également 25 pour avantage de servir à disperser l'hydrogène dans l'hydrocarbure. L'apport d'hydrogène peut se faire de plusieurs façons. L'hydrogène peut être soit introduit en fond de puits et/ou provenir du réservoir lui-même. L'hydrogène est injecté dans le puits, notamment selon les deux méthodes préférées et équivalentes suivantes : 30 - l'hydrogène pur, ou dilué dans un gaz inerte, est directement injecté dans le puits, - l'hydrogène provient d'une molécule appelée "donneur d'hydrogène" (par exemple la tétraline), également injectée dans le puits.

2904032 6 L'hydrogène peut être injecté à une température élevée, ou à une température correspondant aux conditions de stockage en surface, (en prenant en compte les changements thermiques pendant le transport dans le puits).

5 L'hydrogène peut être dispersé dans le brut à l'aide d'un injecteur ou d'un mélangeur 11. Afin d'optimiser la réaction de l'hydrocarbure dans les canaux du monolithe, il est préférable d'obtenir une distribution homogène de l'hydrogène entre les différents canaux. Dans le cas où l'hydrogène est présent sous forme gazeuse et afin de faciliter la pénétration de l'hydrogène dans les canaux, il est souhaitable que les bulles d'hydrogène aient un 10 diamètre inférieur à celui des canaux. L'hydrogène peut également provenir du réservoir, notamment dans le cas, par exemple, d'une exploitation d'un réservoir par une technique de récupération qui produit de l'hydrogène. Si la quantité d'hydrogène produite est insuffisante pour obtenir la réaction, on peut compléter par une injection depuis la surface.

15 La figure 2 présente un vue de dessous d'un bloc de monolithe dont les entrées des canaux 13 sont de forme conique 14, ce qui permet d'améliorer l'entrée du fluide tout en évitant le bouchage. Au centre du monolithe est ajouté un canal secondaire 15 qui permet de faire passer des câbles de mesures ou de contrôle, ou des conduits auxiliaires pour transporter d'autres fluides.

20 Dans un puits de grand diamètre, on peut envisager de placer plusieurs monolithes de petits diamètres côte à côte dans la section. Dans ce cas, les fluides (hydrocarbures, eau de formation, donneur d'hydrogène), peuvent également circuler par les espaces entre les monolithes. La section de ces monolithes peut être de forme quelconque (circulaire, rectangulaire, etc...).

25 Afin de permettre l'insertion de monolithes dans des puits inclinés pouvant comporter des courbures importantes, des trains de monolithes peuvent être utilisés (Figures 3a, 3b et 3c). Les différents blocs 16 de monolithes sont articulés entre eux. Ils peuvent être liés les uns aux autres par un système de rotule 17. Ce système permet au train de monolithes de s'insérer aussi bien dans un puits vertical (Figure 3c) que dans un puits incliné (Figure 3b).

30 Cette configuration de train de monolithes permet également de faciliter la maintenance puisque plusieurs monolithes peuvent être remontés en une seule fois. Au lieu d'utiliser un système de connexion par rotule entre les différents blocs de monolithes, d'autres systèmes d'attache peuvent être utilisés. Une autre réalisation est 2904032 7 illustrée sur la Figure 4. Au moins un câble 18 sert de support et d'assemblage des différents blocs de monolithes 19. Ces blocs sont espacés d'une certaine distance e qui permet d'insérer l'ensemble dans des puits à géométrie courbe. Des systèmes d'attache 20 permettent de consolider l'ensemble.

5 L'introduction du ou des blocs de monolithe dans le puits modifie l'écoulement et augmente localement les pertes de charge. Cependant, l'hydroviscoréduction permet d'obtenir, en sortie du monolithe, un brut dont la viscosité a diminué. Ainsi, les pertes de charge globales dans la totalité du système composé par le puits et les conduites de transport peuvent être diminuées. Finalement, le choix du monolithe (géométrie, longueur, 10 taille, forme et nombre de canaux) repose sur un juste équilibre entre l'augmentation locale des pertes de charge et la capacité réactionnelle (temps de résidence et surface de contact). Le diamètre et le nombre de canaux dans les différents monolithes d'un même train peuvent varier d'un bloc à l'autre (Figure 5). Puisque la viscosité des hydrocarbures diminue en fonction de la distance parcourue le long des trains de monolithes, il peut 15 convenir d'utiliser une succession de monolithes avec plus de canaux dont le diamètre est plus petit à mesure qu'on s'approche de la section de sortie (S) du train de monolithes. Ainsi, en augmentant la surface de contact entre le fluide et les catalyseurs, la réaction chimique est plus efficace et le gain sur la viscosité d'autant plus important. La répartition des particules catalytiques peut également varier le long des trains de 20 monolithes, de façon à promouvoir des réactions différentes le long du puits. Des câbles électriques alimentent les divers dispositifs en fond de puits (pompe, système de chauffage, contrôles, mesures,...). Dans le cas où les fluides et le monolithe sont chauffés par des brûleurs, il se peut qu'il ne soit pas nécessaire de fournir de l'électricité. Dans ce cas, il peut s'avérer nécessaire d'injecter un combustible et de 25 l'oxygène afin de réaliser une combustion au fond du puits. Les différents faisceaux peuvent soit passer par des passages dans le monolithe, par exemple un conduit central, soit être intégrés directement dans le casing lors la complétion du puits. La figure 6 illustre schématiquement un ensemble de faisceaux 21 au centre du monolithe 22 qui permet de descendre des câbles électriques 23, de l'hydrogène 24, et de 30 remonter l'eau 25 séparée en fond de puits. Des câbles destinés au transport de signaux électriques, par exemple en provenance d'instruments de mesure, ou destinés au contrôle des instruments de mesures peuvent également être mis en place dans un tel procédé.

2904032 8 Caractéristiques du catalyseur monolithique Le catalyseur à support monolithique disposé dans le sous-sol, dans un puits selon l'invention est similaire au catalyseur monolithique utilisé dans le domaine du raffinage.

5 Différentes utilisations et caractéristiques sont discutées par Roy et al. (2004), Stankiewicz (2001) et Babich & Moulijn (2002). Babich I.V. et Molijn J.A. (2003) "Science and technology of novel processes for deep sulfurization of oil refinery streams: a review", Fuel, 82, pp. 607-631. Stankiewicz, A. (2001) "Process intensification in in-line monolithic reactor", Chemical 10 Engeering Science, 56, pp. 359-364. Roy S., Bauer T., Al-Dahhan M., Lehner P., et Turek T. (2004), "Monoliths as multiphase reactors: a review", AIChe Journal, 50(11), pp. 2918-2938. Les catalyseurs utilisables selon l'invention comprennent une phase active supportée sur une matrice poreuse enduite sur un substrat monolithique.

15 La phase active préférée est la phase active des catalyseurs de raffinage permettant l'hydrotraitement et/ou l'hydroconversion des coupes pétrolières. Cette phase active est généralement à base de sulfures mixtes constitués à la fois d'un sulfure d'un métal du groupe VIB (colonne 6 de la nouvelle notation de la table périodique des éléments), de préférence le molybdène ou le tungstène, ainsi que d'un sulfure d'un métal du groupe VIII 20 (colonnes 8, 9 et 10 de la nouvelle notation de la table périodique des éléments), de préférence le Ni ou le Co. Les métaux sont généralement déposés à l'état oxyde et sulfurés pour être actifs en hydrotraitement et/ou hydroconversion. Le rapport atomique entre l'élément du groupe VIII et l'élément du groupe VIB considéré comme optimal usuellement est compris entre 0,4 et 0,6 atome groupe VIII/atome groupe VIB. La phase 25 active peut être en outre dopée par la présence d'au moins un élément dopant choisi parmi le phosphore, le bore, le silicium et les halogènes (groupe VIIA ou colonne 17 de la nouvelle notation de la table périodique des éléments). La matrice poreuse utilisée pour disperser la phase active est une matrice poreuse minérale pouvant être amorphe ou mal cristallisée. Cette matrice est choisie dans le groupe 30 formé par l'alumine, la silice, la silice-alumine, la magnésie, l'argile, l'oxyde de titane, l'oxyde de zirconium, l'oxyde de lanthane, l'oxyde de cérium, les phosphates d'aluminium, les phosphates de bore, ou un mélange d'au moins deux des oxydes cités ci- dessus et les combinaisons alumine-oxyde de bore, les mélanges alumine-titane, alumine- 2904032 9 zircone et titane-zircone. On peut choisir également les aluminates, et par exemple les aluminates de magnésium, de calcium, de baryum, de manganèse, de fer, de cobalt, de nickel, de cuivre et de zinc, les aluminates mixtes et par exemple ceux contenant au moins deux des métaux cités ci-dessus. On peut choisir également les titanates, et par exemple les 5 titanates de zinc, nickel, cobalt. De manière préférée, on utilise des matrices contenant de l'alumine, sous toutes ses formes connues de l'homme du métier, par exemple l'alumine gamma. On peut aussi avantageusement utiliser des mélanges d'alumine et de silice et des mélanges d'alumine et d'oxyde de bore. La matrice peut également renfermer, en plus d'au moins un des composés cités ci- 10 dessus, au moins une argile simple synthétique ou naturelle de type phyllosilicate 2:1 dioctaédrique ou phyllosilicate 3:1 trioctaédrique telles que la kaolinite, l'antigorite, la chrysotile, la montmorillonnite, la beidellite, la vermiculite, le talc, l'hectorite, la saponite, la laponite. Ces argiles peuvent être éventuellement délaminées. On peut aussi avantageusement utiliser des mélanges d'alumine et d'argile et des mélanges de silice- 15 alumine et d'argile. La matrice peut également renfermer, en plus d'au moins un des composés cités ci-dessus, au moins un composé acide choisi dans le groupe formé par la famille des tamis moléculaires de type aluminosilicate cristallisé, zéolithes synthétiques et naturelles telles que la zéolithe Y, la zéolithe Y fluorée, la zéolithe Y contenant des terres rares, la zéolithe 20 X, la zéolithe L, la zéolithe bêta, la mordénite à petits pores, la mordénite à grands pores, les zéolithes oméga, NU-10, ZSM-22, NU-86, NU-87, NU-88, et la zéolite ZSM-5. Parmi les zéolithes on préfère habituellement employer des zéolithes dont le rapport atome de charpente silicium/aluminium (Si/Al) est supérieur à environ 3 : 1. On emploie avantageusement des zéolithes de structure faujasite et en particulier les zéolithes Y 25 stabilisées et ultrastabilisées (USY) soit sous forme au moins partiellement échangées avec des cations métalliques, par exemple des cations des métaux alcalino-terreux et/ou des cations de métaux de terres rares de numéro atomique 57 à 71 inclus, soit sous forme hydrogène (Zéolite Molecular Sieves Structure, Chemistry and Uses, D.W. BRECK, J.WILLEY and sons 1973). Les composés acides peuvent être choisis également dans le 30 groupe formé par la famille des tamis moléculaires cristallisés non zéolithiques tels que les silices mésoporeuses, la silicalite, les silicoaluminophosphates, les aluminophosphates, les ferrosilicates, les silicoaluminates de titane, les borosilicates, les chromosilicates et les aluminophosphates de métaux de transition (dont le cobalt).

2904032 10 Les substrats monolithiques qui peuvent être mis en oeuvre sont : soit en céramique, dont les éléments principaux peuvent être l'alumine, la zircone, la cordiérite, la mullite, la silice, les alumino-silicates ou la combinaison de plusieurs de ces composés, 5 soit en carbure et/ou nitrure de silicium, soit en titanate d'aluminium, soit en métal; ils sont alors généralement obtenus à partir d'alliage de fer, chrome et aluminium dopés éventuellement par du nickel, du cobalt, du cérium ou de l'yttrium.

10 Les substrats céramiques concernés par l'invention ont une structure de type nid d'abeille dont les canaux peuvent être de section circulaire ou polygonale. Les substrats métalliques peuvent être réalisés par l'enroulement de feuillards ondulés ou par l'empilement de feuilles métalliques également ondulées, constituant une structure en nid d'abeille à canaux droits ou à canaux en zigzag communiquant entre eux 15 ou non. Ils peuvent être également réalisés à partir de fibres ou de fils métalliques enchevêtrés, tissés, tressés ou tricotés. Pour les substrats en métal renfermant de l'aluminium dans leur composition, il est recommandé de les pré traiter à haute température (par exemple entre 700 et 1100 C) pour développer en surface une micro couche d'alumine. Cette micro couche superficielle, de 20 porosité et de surface spécifique supérieure à celle du métal favorise l'accrochage de la phase catalytique supportée ou de la matrice inorganique poreuse tout en protégeant le reste du substrat métallique contre la corrosion. Deux techniques peuvent être réalisées pour préparer les catalyseurs monolithiques de l'invention.

25 La première consiste à déposer sur le support monolithique, par la technique d'enduction connue de l'homme de l'art, la phase catalytique supportée. La seconde technique, consiste d'abord à déposer sur le support monolithique la matrice inorganique poreuse selon la technique d'enduction, puis à déposer la phase catalytique sur la matrice poreuse, par les techniques d'imprégnation bien connues de 30 l'homme de l'art. La technique d'enduction consiste à préparer une suspension aqueuse composée d'une charge poudre (la phase catalytique supportée ou la matrice inorganique poreuse) et d'un composé appelé liant, d'origine minérale (par exemple gel d'alumine, sol de silice) ou 2904032 11 organique (par exemple gomme arabique) qui permet de fixer la phase catalytique supportée ou la matrice inorganique poreuse sur le substrat monolithique. L'opération de dépôt est réalisée soit par immersion du monolithe dans la suspension, soit par circulation de la suspension dans le monolithe ou encore par pulvérisation de cette suspension sur le 5 monolithe. Après élimination de l'excédent de suspension, le film de la phase catalytique supportée ou de la matrice inorganique poreuse est fixé sur le substrat monolithique par séchage puis calcination de l'ensemble à une température généralement comprise entre 300 C et 900 C, de préférence entre 400 et 700 C. La quantité de phase catalytique supportée (phase oxyde précurseur de la phase 10 active et son support poreux), déposée sur le substrat monolithique soit directement ou via l'imprégnation de la matrice inorganique poreuse, est généralement comprise entre 20 et 300 gr par litre dudit substrat monolithique et avantageusement entre 50 et 200 gr par litre. Les étapes unitaires de préparation de la phase catalytique supportée avant enduction sur le substrat monolithique consiste en une imprégnation de la matrice poreuse 15 inorganique par une solution contenant les éléments constitutifs de la phase active, suivie d'une étape de séchage et de calcination. L'imprégnation est effectuée de manière préférée selon la technique d'imprégnation dite "à sec" (imprégnation de la matrice poreuse par une solution de volume égal au volume poreux de la matrice) et en une seule étape par une solution contenant l'ensemble des éléments constitutifs de la phase active. Après 20 imprégnation du support, on laisse généralement reposer le solide humide sous une atmosphère humide à une température comprise entre 10 et 80 C avant de le sécher à une température comprise entre 60 et 150 C. On calcine le solide obtenu après séchage à une température comprise entre 150 et 800 C. La matrice inorganique poreuse peut se présenter sous forme de poudre, de grains 25 sphériques ou sous forme d'extrudés. Dans l'hypothèse où on utilise une matrice préalablement mise en forme sous forme de grains ou d'extrudés pour le dépôt de la phase active, une étape de broyage post dépôt est nécessaire pour l'étape d'enduction. Les étapes unitaires de dépôt de la phase catalytique sur la matrice poreuse préalablement enduite sur le substrat monolithique comprennent: 30 - une imprégnation de la matrice poreuse inorganique par une solution contenant les éléments constitutifs de la phase active, -suivie d'une étape de séchage, - puis de calcination.

2904032 12 L'imprégnation est réalisée soit "en excès de solution" par immersion du monolithe enduit dans la solution contenant les éléments constitutifs de la phase active ou par circulation de la solution dans le monolithe enduit soit "à sec" par pulvérisation de la solution sur le monolithe enduit.

5 Dans le cas de l'imprégnation à sec, on laisse généralement reposer le monolithe enduit imprégné sous une atmosphère humide à une température comprise entre 10 et 80 C avant les étapes de séchage et de calcination. Dans le cas d'une imprégnation par excès, cette étape de "repos" sous atmosphère humide n'est pas nécessaire. Dans les deux cas, le monolithe enduit et imprégné est ensuite séché entre 60 et 150 C avant d'être calciné à une 10 température comprise entre 150 et 800 C. Comme précédemment, l'imprégnation est effectuée de manière préférée une seule étape par une solution contenant l'ensemble des éléments constitutifs de la phase active. Les sources des éléments du groupe VIB (colonne 6 de la nouvelle notation de la table périodique des éléments) qui peuvent être utilisées sont bien connues de l'homme du 15 métier. Par exemple, parmi les sources de molybdène et de tungstène, on peut avantageusement utiliser les oxydes, les hydroxydes, les acides molybdiques et tungstiques et leurs sels en particulier les sels d'ammonium tels que le molybdate d'ammonium,l'heptamolybdate d'ammonium, le tungstate d'ammonium, les acides phosphomolybdique et phosphotungstique et leurs sels, les acétylacétonates, les xanthates, les fluorures, les 20 chlorures, les bromures, les iodures, les oxyfluorures, les oxychlorures, les oxybromures, les oxyiodures, les complexes carbonyles, les thiomolybdates, les carboxylates. On utilise de préférence les oxydes et les sels d'ammonium tels que le molybdate d'ammonium, l'heptamolybdate d'ammonium et le tungstate d'ammonium. Les sources des éléments du groupe VIII (colonnes 8, 9 et 10 de la nouvelle 25 notation de la table périodique des éléments) pouvant être utilisées sont connues et sont par exemple les nitrates, les sulfates, les phosphates, les halogénures, les carboxylates comme les acétates et les carbonates, les hydroxydes et les oxydes. La source de phosphore préférée est l'acide orthophosphorique, mais ses sels et esters comme les phosphates alcalins, phosphates d'ammonium, les phosphates de gallium 30 ou les phosphates d'alkyles conviennent également. Les acides phosphoreux, par exemple l'acide hypophosphoreux, l'acide phosphomolybdique et ses sels, l'acide phosphotungstique et ses sels peuvent également être avantageusement employés. Le phosphore peut par 2904032 13 exemple être introduit sous la forme d'un mélange d'acide phosphorique et un composé organique basique contenant de l'azote tels que l'ammoniaque, les amines primaires et secondaires, les amines cycliques, les composés de la famille de la pyridine et des quinoléines et les composés de la famille du pyrrole.

5 La source de bore peut être l'acide borique, de préférence l'acide orthoborique H3BO3, le biborate ou le pentaborate d'ammonium, l'oxyde de bore, les esters boriques. Le bore peut être introduit par exemple par une solution d'acide borique dans un mélange eau/alcool ou encore dans un mélange eau/éthanolamine. De nombreuses sources de silicium peuvent être employées. Ainsi, on peut utiliser 10 l'orthosilicate d'éthyle Si(OEt)4, les siloxanes, les silicones, les silicates d'halogénures comme le fluorosilicate d'ammonium (NH4)2SiF6 ou le fluorosilicate de sodium Na2SiF6. L'acide silicomolybdique et ses sels, l'acide silicotungstique et ses sels peuvent également être avantageusement employés. Le silicium peut être ajouté par exemple par imprégnation de silicate d'éthyle en solution dans un mélange eau/alcool.

15 Les sources d'élément du groupe VIIA (halogènes) qui peuvent être utilisées sont bien connues de l'homme du métier. Par exemple, les anions fluorures peuvent être introduits sous forme d'acide fluorhydrique ou de ses sels. Ces sels sont formés avec des métaux alcalins, l'ammonium ou un composé organique. Dans ce dernier cas, le sel est avantageusement formé dans le mélange réactionnel par réaction entre le composé 20 organique et l'acide fluorhydrique. Il est également possible d'utiliser des composés hydrolysables pouvant libérer des anions fluorures dans l'eau, comme le fluorosilicate d'ammonium (NH4)2SiF6, le tétrafluorure de silicium SiF4 ou de sodium Na2SiF6. Le fluor peut être introduit par exemple par imprégnation d'une solution aqueuse d'acide fluorhydrique ou de fluorure d'ammonium.

25 Les catalyseurs selon la présente invention peuvent contenir les quantités de métaux et dopants suivantes : - la quantité de métal du groupe VIB peut être comprise entre 1 et 20% exprimées en % poids d'oxyde par rapport au poids du catalyseur hors substrat monolithique, de préférence entre 1 et 10%; 2904032 14 - la quantité de métal du groupe VIII de préférence non noble peut être comprise entre 0 et 10 % poids d'oxyde par rapport au poids du catalyseur hors substrat monolithique, de préférence entre 1,5 et 3%. L'élément dopant préféré s'il est présent est le phosphore. La quantité de phosphore, 5 est avantageusement comprise entre 0,3 et 10% poids d'oxyde par rapport au poids du catalyseur hors substrat monolithique, de préférence entre 1 et 5%. Le catalyseur peut contenir en outre au moins un autre élément dopant choisi dans le groupe formé par le bore, le silicium et les halogènes. Lorsqu'au moins un élément dopant est le bore, la quantité de bore, exprimée en % 10 poids d'oxyde par rapport au poids du catalyseur hors substrat monolithique, est inférieure à 6 %, de manière préférée inférieure à 2%. Le rapport atomique entre l'élément phosphore et l'élément du groupe VIB est avantageusement choisi entre 0,3 et 0,6. Lorsqu'au moins un élément dopant est le silicium, la teneur en silicium est 15 comprise entre 0.1 et 10% poids d'oxyde par rapport au poids de catalyseur hors substrat monolithique. Lorsqu'au moins un élément dopant est un élément halogéné, la teneur en halogène est inférieure à 5% poids par rapport au poids de catalyseur hors substrat monolithique. De manière préférée, le catalyseur contient au moins un élément du groupe VIB à 20 une teneur comprise entre 1 et 10% poids d'oxyde par rapport au poids du catalyseur hors substrat monolithique, éventuellement au moins un élément du groupe VIII et du phosphore. Un autre catalyseur préféré selon l'invention contient au moins un élément du groupe VIB à une teneur comprise entre 1 et 10% poids d'oxyde par rapport au poids du 25 catalyseur hors substrat monolithique, éventuellement au moins un élément du groupe VIII et du silicium. Les catalyseurs selon l'invention sont de préférence soumis, à un traitement de sulfuration préalable avant leur utilisation, de manière à obtenir des catalyseurs de type sulfures (phases actives). Le traitement de sulfuration permet de transformer, au moins en 30 partie, les espèces métalliques en sulfures avant leur mise en contact avec le brut à traiter. Ce traitement d'activation par sulfuration est bien connu de l'homme du métier du raffinage 2904032 15 et peut être effectué par toute méthode déjà décrite dans la littérature. Dans la présente invention, cette activation peut être réalisée ex situ (en dehors du puits de production) ou in-situ (dans le puits de production). Dans le cas d'une sulfuration ex situ, le catalyseur à support monolithique après sulfuration doit être passivé. En effet, les phases sulfures 5 présentent une très grande réactivité vis à vis de l'air ambiant (caractère auto-échauffant par oxydation) interdisant leur manipulation ultérieure sans un traitement complémentaire visant à limiter cette réactivité. Parmi les procédures de sulfurations ex-situ commerciales, citons le procédé TOTSUCATTM de la société Eurecat (EP-0564317B1 et EP-0707890B 1). La source de soufre pour la sulfuration de ce type de catalyseur peut être le soufre 10 élémentaire, le sulfure de carbone, l'hydrogène sulfuré, les hydrocarbures soufrés tels que le diméthylsulfure, le diméthyldisulfure, les mercaptans, les composés du thiophène, les thiols, les polysulfures tels que par exemple le ditertiononylpolysulfure ou TPS-37 de la société ARKEMA, les coupes pétrolières riches en soufre seules ou en mélanges avec un des composés soufrés cités ci-dessus. La source de soufre préférée est l'hydrogène sulfuré 15 ou les hydrocarbures soufrés tels que le diméthyldisulfure en mélange avec des coupes pétrolières. Une méthode de sulfuration classique bien connue de l'homme du métier du raffinage et qui peut être utilisée dans la présente invention consiste à chauffer en présence d'hydrogène sulfuré (sous flux d'un mélange hydrogène/hydrogène sulfuré) à une 20 température comprise entre 150 et 500 C, de préférence entre 250 et 350 C. Les catalyseurs selon la présente invention permettent l'hydroraffinage modéré et l'hydroconversion modérée des bruts. Les réactions catalytiques mises en jeu sont notamment des réactions d'hydrogénation, d'hydrodéazotation, d'hydrodéoxygénation, d'hydrodéaromatisation, d'hydrodésulfuration, d'hydrodémétallation, 25 d'hydroisomérisation, d'hydrodéalkylation, et de craquage permettant une hydroviscoréduction. Les conditions de l'hydroconversion du brut réalisée dans la méthode selon l'invention sont telles que température, pression, rapport volumique litre d'hydrogène/litre d'hydrocarbure, vitesse volumique horaire, peuvent être très variables en fonction de la 30 nature du brut. Les conditions opératoires selon l'invention sont : une température supérieure à 200 C, de préférence comprise entre 280 et 350 C, sous une pression totale comprise entre 0,1 et 20 MPa, la vitesse spatiale (volume de charge par volume de catalyseur monolithique et par heure) étant comprise entre 0,1 et 10h-1, de préférence 2904032 16 comprise entre 0,5 et 8h-1, et la quantité d'hydrogène nécessaire est telle que le rapport volumique litre d'hydrogène/litre de charge soit compris entre 0, 1 et 10001/1.

Claims (1)

REVENDICATIONS

1. Installation pour la production d'hydrocarbure par un puits foré dans une roche réservoir, dans laquelle ledit puits est muni de moyens de réaction chimique sur ledit d'hydrocarbure, caractérisée en ce qu'elle comprend: - des moyens catalytiques constitués d'au moins un bloc monolithique comportant du catalyseur, - des moyens de chauffage et, - des moyens d'apport d'hydrogène en amont des moyens catalytiques. Installation selon la revendication 1, dans laquelle les moyens catalytiques sont constitués d'un train de monolithes articulés entre eux. Installation selon l'une des revendications précédentes comprenant plusieurs monolithes de petits diamètres côte à côte dans une section du puits. Installation selon l'une des revendications précédentes comprenant une succession de monolithes dont les canaux ont un diamètre qui diminue entre l'entrée et la sortie (S) du train de monolithes. Installation selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le ou les monolithe(s) comprennent un canal au centre pour le passage de câbles et le transport de fluides. Installation selon l'une des revendications précédentes comprenant une unité de pompage en amont des moyens catalytiques. Installation selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le puits est muni d'une colonne de production 5 comprenant au moins un bloc de catalyseur monolithique 6, une extension comprenant des moyens de chauffage 7, une conduite 9 d'injection d'hydrogène en amont des moyens catalytiques. Installation selon la revendication 7 dans laquelle la colonne de production comporte à son extrémité des moyens de pompage 8 d'hydrocarbure. Installation selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle des éléments de chauffage sont disposés dans le drain au droit de la roche réservoir. 30 10. Méthode optimisée de production d'hydrocarbure contenu dans une roche réservoir traversée par un puits, caractérisée en ce que l'on effectue les étapes suivantes:2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 2904032 18 - on munit ledit puits de moyens catalytiques sous forme de monolithes, on apporte de l'hydrogène en amont des moyens catalytiques, - on effectue un chauffage de l'hydrocarbure de manière à réaliser une hydroconversion catalytique dans lesdits moyens catalytiques. 11. Méthode selon la revendication 10 dans laquelle les moyens catalytiques comprennent une phase active supportée sur une matrice poreuse enduite sur un substrat monolithique. 12. Méthode selon la revendication 11 dans laquelle la phase active comprend à la fois un sulfure d'un métal du groupe VIB (colonne 6 de la nouvelle notation de la table périodique des éléments), et un sulfure d'un métal du groupe VIII. 13. Méthode selon l'une des revendications 11 à 12 dans laquelle la matrice poreuse est une matrice minérale amorphe ou mal cristallisée. 15 14. Méthode selon la revendication 13 dans laquelle la matrice poreuse comprend également au moins une argile simple synthétique ou naturelle. 15. Méthode selon la revendication 13 ou 14 dans laquelle la matrice comprend également au moins un tamis moléculaire. 16. Méthode selon l'une des revendications 11 à 15 dans laquelle le substrat 20 monolithique est choisi dans le groupe formé par les substrats en céramique, le carbure et/ou nitrure de silicium, le titanate d'aluminium, les substrats métalliques. 17. Méthode selon l'une des revendications 10 à 16 dans laquelle la réaction d'hydroconversion est mise en oeuvre selon les conditions opératoires 25 suivantes - une température supérieure à 200 C, une pression totale comprise entre 0,1 et 20 MPa, une vitesse spatiale (volume de charge par volume de catalyseur monolithique et par heure) comprise entre 0,1 et 10h-1, - une quantité d'hydrogène telle que le rapport volumique litre d'hydrogène/litre de charge soit compris entre 0,1 et 10001/1. 18. Méthode selon l'une des revendications 10 à 17, dans laquelle la roche réservoir contient un hydrocarbure d'un degré API inférieur à 20. 5 10 5 2904032 19 19. Méthode selon l'une des revendications 10 à 17, dans laquelle on injecte l'hydrogène, ou un précurseur d'hydrogène, depuis la surface. 20. Méthode selon l'une des revendications 10 à 17, dans laquelle l'hydrogène est apporté par une réaction thermique ou biologique au sein de la roche réservoir.