FR3042190A1 - Procede de production de bases essence - Google Patents

Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé de production de bases essence à partir d'une charge d'hydrocarbures comprenant des hydrocarbures paraffiniques, naphténiques et aromatiques ayant entre 7 et 11 atomes de carbone par molécule. Le procédé met en œuvre une séparation d'un coupe d'hydrocarbures en C7 en une coupe de tête (8) contenant des hydrocarbures paraffiniques en C7 ramifiés; une coupe intermédiaire (10) contenant majoritairement des hydrocarbures paraffiniques en C7 linéaires qui est soutirée à un niveau de la colonne située au-dessus du point d'injection de la charge et en-dessous du point d'injection du flux de recycle et une seconde coupe de fond (9) contenant des hydrocarbures en C7 naphténiques et aromatiques, une étape d'isomérisation de la coupe intermédiaire et une étape de décyclisation de la coupe de fond.

Description

PROCEDE DE PRODUCTION DE BASES ESSENCE

La présente invention concerne un procédé de production de bases essence à partir d'une charge d'hydrocarbures comprenant des hydrocarbures paraffiniques, naphténiques et aromatiques ayant entre 7 et 11 atomes de carbone par molécule.

Etat de la technique

La sécurité et les préoccupations environnementales ont fait évoluer les spécifications des carburants du type essence vers des normes de plus en plus strictes, notamment au niveau des teneurs en composés oléfiniques et aromatiques, en particulier en benzène, et cela tout en imposant un indice d'octane élevé. Par exemple en Europe, les normes fixent des niveaux aromatiques de moins de 35% volume et avec un niveau de benzène inférieur à 1% volume et une teneur en oléfines maximale de 10% volume. Par conséquent, les raffineries ne peuvent plus utiliser des proportions importantes de composés aromatiques comme source d'octane au pool essence.

Le procédé générateur de composés aromatiques est le reformage catalytique qui est effectué sur des coupes naphta en C7 à C10/C11. Etant donné que la teneur en aromatiques des carburants essence est de plus en plus limitée, la part de reformat dans les bases essence est donc amenée à diminuer à l'avenir.

Un moyen alternatif pour compenser cette perte de source d'indice d'octane est d'augmenter la part des alcanes ramifiés, qui ont des indices d'octane élevés, dans les formulations d'essence. Ainsi les procédés d'isomérisation de composés alcanes linéaires en leurs isomères branchés deviennent de plus en plus incontournables pour les raffineurs.

Une solution particulièrement intéressante est de réaliser l'isomérisation uniquement de la fraction en C7 de la coupe naphta qui va généralement au reforming. En effet cette solution permet de produire des composés C7 branchés tout en réduisant la quantité de composés aromatiques qui sont produits par le reformage catalytique de manière à fabriquer des bases carburant à indice d'octane élevé avec moins d'aromatiques.

Il est à noter que les procédés d'isomérisation sont généralement effectués sur des charges en C5/C6. Ces unités ne peuvent pas convertir en même temps les composés paraffiniques plus longs, par exemple en C7, car ces derniers sont très sensibles au craquage qui génère alors des précurseurs de coke responsables de la désactivation du catalyseur d'isomérisations et est responsable des pertes en rendement. Par conséquent une attention particulière doit être portée sur les conditions opératoires d'isomérisation de ces coupes d'hydrocarbures paraffiniques à plus longue chaîne.

Le document US 4,834,866 décrit un procédé de conversion d'une charge d'hydrocarbures contenant des paraffines linéaires et cycliques ayant 6 et plus de 6 atomes de carbone qui consiste à fractionner la charge et soutirer une fraction intermédiaire contenant majoritairement des composés en C6 cycliques. La fraction intermédiaire est ensuite traitée dans un réacteur d'isomérisation en présence d'un catalyseur d'isomérisation de manière à isomériser et décycliser les composés en C6. L'effluent du réacteur d'isomérisation, après stabilisation, est recyclé dans la colonne de fractionnement qui permet de récupérer en tête de ladite colonne une coupe contenant des hydrocarbures légers, en fond de la colonne une coupe contenant des hydrocarbures ayant 7 ou plus 7 atomes de carbone et la fraction intermédiaire.

On connaît également le document US 2,443,607 qui concerne un procédé d'isomérisation d'heptane à partir d'une charge d'hydrocarbures du type naphta. Le procédé consiste à fractionner la charge dans une colonne de distillation et à récupérer une coupe intermédiaire contenant du n-heptane La coupe n-heptane est alors mélangée avec du méthyl-hexane et ledit mélange ainsi obtenu est traité dans une unité d'isomérisation qui comprend deux réacteurs d'isomérisation en série et des colonnes de séparation. Selon le procédé US 2,443,607, l'effluent de la réaction d'isomérisation, après stripage est envoyée dans une colonne de séparation dé-hexaniseur d'où l'on récupère en tête une coupe contenant l'hexane et les composés plus légers que l'hexane et en fond une coupe en C7. La coupe en C7 est envoyée dans une colonne de séparation qui est configurée pour séparer en tête une coupe contenant le diméthyl pentane et le triméthyl butane et en fond une coupe contenant du n-heptane, le méthyl hexane et des naphtènes qui est recyclée dans la colonne de distillation.

Le document US 2007/0167663 décrit un procédé d'isomérisation du n-heptane contenu dans une coupe naphta en C6-C8 qui comprend un premier fractionnement dans une première colonne pour produire une première fraction de tête comprenant du n-heptane et des composés plus légers et une première fraction de fond comprenant le naphta C8. La première fraction de tête est envoyée dans une seconde étape de fractionnement dans une seconde colonne pour produire une seconde fraction de tête contenant des heptanes ramifiés et une seconde fraction de fond contenant du n-heptane. La seconde fraction de fond est traitée dans une zone d'isomérisation pour produire un effluent contenant des heptanes ramifiés qui est renvoyé dans la seconde colonne de sorte que les heptanes ramifiés et le n-heptane non converti soient respectivement récupérés en tête et en fond de la seconde colonne.

Le document US 2006/0270885 enseigne un procédé d'isomérisation d'une coupe d'hydrocarbures C7+ dans lequel ladite coupe est traitée dans une colonne de distillation réactive comprenant un lit catalytique d'isomérisation qui permet de réaliser de façon concomitante la conversion des heptanes linéaires en heptane ramifiés et de séparer respectivement en tête et en fond de la colonne réactive une coupe contenant les composés en C7 ramifiés et une coupe en C8+.

Le document US 8,808,534 divulgue un procédé de raffinage d'une coupe naphta en C7+ qui comprend une étape de séparation de ladite coupe en une coupe contenant des paraffines linéaires et une coupe exempte de paraffines. Ladite coupe contenant des paraffines linéaires est alors traitée dans une unité d'isomérisation. Par exemple, la coupe contenant des paraffines linéaires traitée par isomérisation est une coupe contenant des hydrocarbures ayant 7 à 10 atomes de carbone.

Un but de l'invention est de proposer un procédé de production optimisé du point de vue rendement en coupe d'hydrocarbures en C7 à haut indice d'octane, à partir d'une charge d'hydrocarbures en C7 à C11. L'invention vise en particulier à maximiser la production coupe d'hydrocarbures en C7 paraffiniques ramifiés à partir de C7 naphténiques et/ou aromatiques. Résumé de l’invention L'invention concerne donc un procédé de production de bases essence à partir d'une charge d'hydrocarbures comprenant des hydrocarbures paraffiniques, naphténiques et aromatiques ayant entre 7 et 11 atomes de carbone par molécule, incluant les étapes suivantes: a) on envoie la charge d'hydrocarbures dans une première colonne de séparation configurée pour séparer une première coupe de tête contenant des hydrocarbures paraffiniques, naphténiques et aromatiques en C7 et une coupe de fond contenant des hydrocarbures en C8+. b) on envoie la première coupe de tête, un premier et un second flux de recycle dans une seconde colonne de séparation configurée pour séparer au moins trois coupes : • une seconde coupe de tête contenant des hydrocarbures paraffiniques en C7 ramifiés; • une coupe intermédiaire contenant majoritairement des hydrocarbures paraffiniques en C7 linéaires qui est soutirée à un niveau de la colonne située au-dessus du point d'injection de la charge et en-dessous du point d'injection du premier flux de recycle; • une seconde coupe de fond contenant des hydrocarbures en C7 naphténiques et aromatiques; c) on traite ladite coupe intermédiaire dans une unité d'isomérisation afin de produire un isomérat contenant des hydrocarbures paraffiniques en C7 ramifiés; d) on recycle l'isomérat dans la seconde colonne de séparation et en tête de celle-ci comme premier flux de recycle. e) on traite la seconde coupe de fond contenant des hydrocarbures en C7 naphténiques et aromatiques dans une unité d’hydrogénation et de décyclisation catalytique afin de produire un effluent contenant des paraffines linéaires en C7; f) on recycle l'effluent issu de l'étape e) dans la seconde colonne de séparation comme second flux de recycle.

Ainsi selon l'invention, le fractionnement de la coupe d'hydrocarbures en C7 est conduite de manière à fournir un flux contenant des composés naphténiques et aromatiques en C7 qui sont ensuite avantageusement traités dans une unité dédiée d’hydrogénation et de décyclisation catalytique afin de fournir un flux supplémentaire d'hydrocarbures paraffiniques en C7. Ces derniers sont avantageusement recyclés dans la colonne de séparation et traités dans l'unité d'isomérisation. Ce schéma de procédé permet ainsi de maximiser le rendement en hydrocarbures en C7 paraffiniques ramifiés à haute indice d'octane en utilisant des hydrocarbures C7 naphténiques de plus faible indice d'octane.

Le procédé selon l'invention permet en outre de produire des paraffines ramifiées en C7 à partir du toluène qui est un composé difficile à séparer des naphtènes en C7 dans la première colonne de distillation.

Une conséquence intéressante du procédé selon l'invention est de réduire la teneur en toluène dans la charge traitée dans l'unité d’isomérisation, limitant ainsi les réactions de craquage provoquées par l'exothermie de la réaction d'hydrogénation du toluène. Le craquage des paraffines est en effet une réaction parasite à éviter dans la mesure du possible car il génère des précurseurs de gommes responsables de la désactivation prématurée du catalyseur d'isomérisation.

De façon avantageuse, la seconde colonne de séparation est configurée et opérée de manière à fournir une coupe intermédiaire contenant majoritairement des hydrocarbures paraffiniques en C7 linéaires et en C7 mono-branchés et une coupe de tête contenant majoritairement des hydrocarbures paraffiniques en C7 di et tri-branchés et des produits plus volatils que ces derniers. Ce mode de réalisation permet d'améliorer substantiellement l'indice d'octane de la coupe récupérée en tête de la colonne de séparation étant donné que les paraffines di et tri-branchés ont de meilleurs indices d'octane que leurs homologues mono-branchés. Au sens de l'invention, les paraffines en C7 mono-branchés regroupent le 2-méthylhexane, le 3-méthylhexane et le 3-éthylpentane. Dans le contexte de l'invention, les paraffines en C7 di et tri-branchés sont constituées par le 2,2-diméthylpentane, le 2,3-diméthylpentane, le 2,4-diméthylpentane, le 3,3-diméthylpentane et le 2,2,3-triméthylbutane. L'homme du métier sait qu'une séparation dans une colonne n'est pas parfaite et par conséquent un certain chevauchement dans les points ébullition des coupes de tête et intermédiaire se produit près du point de coupe.

Selon l'invention la coupe de fond en C8+ issue de la première colonne de séparation est traitée dans une unité de reformage catalytique afin de produire des composés aromatiques à haut indice d'octane.

Selon un mode de réalisation préféré, l'isomérat issu de l'unité d'isomérisation est envoyé dans une colonne de stabilisation afin de séparer, respectivement en tête et en fond de la colonne de stabilisation, un coupe légère en C4- et une coupe d'hydrocarbures paraffiniques en C7 ramifiés stabilisée et ladite coupe d'hydrocarbures paraffiniques en C7 ramifiés stabilisée est recyclée dans la seconde colonne de séparation conformément à l'étape d).

De préférence l'isomérisation (étape c)) de la coupe intermédiaire est effectuée dans un réacteur en présence d'un catalyseur d'isomérisation dans les conditions opératoires suivantes: • à une température comprise entre 70 et 100°C; • à une pression absolue comprise entre 2 et 5 MPa; • avec une vitesse spatiale massique, exprimée comme étant le rapport du débit massique de la charge sur la masse de catalyseur comprise entre 1 et 1,6 h'1; • avec un rapport molaire H2/charge compris entre 0,1 mol/mol à 1 mol/mol.

De manière plus préférée, l'étape c) est opérée: • à une température comprise entre 80 et 90°C; • à une pression absolue comprise entre 2,5 et 3,5 MPa; • avec une vitesse spatiale massique, exprimée comme étant le rapport du débit massique de la charge sur la masse de catalyseur comprise entre 1,2 et 1,4 h"1. Généralement, la charge contenant des hydrocarbures en C7 à C11 a une température d'ébullition s'étendant dans la gamme comprise entre 80 et 200 °C, et de préférence comprise entre 80 et 185°C, mesurée selon la normeASTM D86.

De préférence la charge d'hydrocarbures traitée par le procédé selon l'invention contient, par rapport au poids total de la charge : • 20 à 75 % poids de paraffines; • 15 à 55 % poids de naphtènes; • 5 à 30 % poids d'aromatiques.

De préférence la coupe d'hydrocarbures en C7 qui compose la charge traitée contient par rapport au poids total de la coupe C7 : • 20 à 80 % poids de C7 paraffiniques; • 20 à 55 % poids de C7 naphténiques; • 5 à 25 % poids de C7 aromatiques.

Description détaillée de l'invention

Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et en référence aux dessins parmi lesquels : • la figure 1 est un schéma de principe du procédé selon l'invention; • la figure 2 est un schéma de principe d'une unité A de traitement d'essence selon l'art antérieur.

Les éléments semblables sont généralement désignés pas des signes de référence identiques.

Selon l’invention, la charge d'hydrocarbures qui est susceptible d'être traitée par le procédé est une coupe du type naphta contenant des hydrocarbures ayant entre 7 et 11 atomes de carbone par molécule. De préférence la charge traitée est constituée essentiellement d'hydrocarbures ayant 7 à 11 atomes de carbone. Ladite charge contient ainsi des hydrocarbures paraffiniques, naphténiques et aromatiques et a généralement un intervalle de distillation mesuré selon la norme ASTM D86 qui est compris entre un point initial de 80 °C et un point final de 200 °C. De préférence, Ifiitervalle de distillation est compris entre un point initial de 80°C et un point final de 185°C.

Ladite coupe peut être obtenue par distillation directe du brut de pétrole ou également après distillation d'une essence issue d'une unité de craquage catalytique (Fluid Catalytic Cracking selon la terminologie anglo-saxonne, que l'on peut traduire par craquage catalytique en lit fluidisé).

La charge d'hydrocarbures contient ainsi généralement : • 20 à 75% poids de paraffines; • 15 à 55% poids de naphtènes; • 5 à 30% poids d'aromatiques.

La coupe d'hydrocarbures en C7 qui compose la charge contient typiquement : • 20 à 80% poids de C7 paraffiniques; • 20 à 55% poids de C7 naphténiques; • 5 à 25% poids de C7 aromatiques.

Par exemple la charge est une coupe naphta dite "totale" qui a subi une étape de séparation afin de soustraire la fraction d'hydrocarbures en C5 et C6, cette opération étant effectuée au moyen d'un "splitter de naphta".

En référence à la figure 1, la charge d'hydrocarbures mentionnée ci-dessus est envoyée par la ligne 1 dans une colonne de séparation 2. Conformément à l'invention, la charge d'hydrocarbures en C7 (i.e. des hydrocarbures contenant 7 atomes de carbone par molécule) à C11 (des hydrocarbures contenant 11 atomes de carbone par molécule) est fractionnée en deux coupes d'hydrocarbures. La colonne de distillation 2 est divisée selon son axe vertical en au moins: • une section de concentration située entre la tête de la colonne et le point d'alimentation de la charge; • une section d'épuisement située entre le point d'alimentation de la charge et le fond de la colonne.

Les sections de concentration et d'épuisement sont équipées de moyens internes de contact/échange gaz-liquide. Dans le cas de la figure 1, ces internes se présentent sous des plateaux de distillation 3 connus de l'homme du métier. Un plateau de distillation 3 peut prendre la forme d'une plaque plane métallique sur laquelle sont implantés des éléments de barbotage, de barrage et des trop-pleins ou alternativement il peut s'agir d'une plaque comportant des trous ou des fentes.

Comme indiqué sur la figure 1, une phase vapeur comprenant essentiellement des hydrocarbures paraffinique, naphténique et aromatique est extraite en tête de la colonne par la ligne 4 tandis qu'une phase liquide contenant des hydrocarbures en C8+ (des hydrocarbures contenant 8 et plus de 8 atomes de carbone par molécule) est récupérée en fond de la colonne dans la section d'épuisement par la ligne 5.

Conformément à l'invention, la coupe d'hydrocarbures en C7 est envoyée par la ligne 4 dans une seconde colonne de séparation 6 comportant des moyens internes de contact/échange gaz-liquide 7. La colonne de séparation 6 est conçue et opérée de manière à séparer trois coupes d'hydrocarbures à savoir : • en tête de la colonne par la ligne 8, une phase vapeur contenant essentiellement des hydrocarbures paraffiniques en C7 ramifiées (mono, di et tri-branchés) et des hydrocarbures plus volatils; • en fond de la colonne par la ligne 9, une phase liquide contenant des hydrocarbures en C7 naphténiques (par exemple le diméthyl-cyclopentane et le méthyl-cyclohexane) et aromatique (le toluène); • au niveau d'un soutirage latéral par la ligne 10, une coupe intermédiaire contenant des paraffines en C7 linéaires, essentiellement du n-heptane.

Une telle colonne de séparation comporte généralement un nombre de plateaux compris entre 60 et 140, préférentiellement compris entre 80 et 110.

Correctement mise en œuvre, la colonne permet de fournir une coupe de tête contenant au moins 90% poids de paraffines en C7 ramifiées (mono, di et tri-branchés).

Selon un mode de réalisation alternatif, la colonne 6 est configurée et opérée dans des conditions plus sévères pour séparer : • en tête de la colonne, une phase vapeur contenant essentiellement des hydrocarbures paraffiniques en C7 ramifiées di et tri-branchés (2,2-diméthylpentane, le 2,3- diméthylpentane, le 2,4-diméthylpentane, le 3,3-diméthylpentane et le 2,2,3-triméthylbutane) et des hydrocarbures plus volatils; • en fond de la colonne, une phase liquide contenant des hydrocarbures naphténiques et aromatique en C7; • au niveau du soutirage latéral, une coupe intermédiaire contenant des paraffines en C7 linéaires (n-heptane) et des paraffines en C7 ramifiées mono-branchées (2-méthylhexane, le 3-méthylhexane et le 3-éthylpentane).

La coupe intermédiaire d'hydrocarbures 10 contenant des paraffines en C7 linéaires (n-heptane), soutirée d'un plateau situé au-dessus du plateau d'introduction de la charge d'hydrocarbures en C7 et en dessous du plateau de soutirage de la coupe de tête, est envoyée dans une unité d'isomérisation 11 qui comporte au moins un réacteur équipé d'une section réactionnelle contenant du catalyseur d'isomérisation. La coupe intermédiaire, de préférence en phase liquide, est ainsi mise en contact avec de l'hydrogène apporté par la ligne 12. La réaction mise en jeu permet d'isomériser les paraffines en C7 linéaires en paraffines ramifiées (mono, di et tri-branchés).

Le catalyseur d'isomérisation peut comprendre par exemple du platine déposé sur une alumine chlorée.

La réaction catalytique d'isomérisation est généralement est opérée dans les conditions opératoires suivantes: • à une température comprise entre 70 et 100°C, de p^éférence comprise entre 80 et 90°C; • à une pression absolue comprise entre 2 et 5 MPa, de préférence comprise entre 2,5 et 3,5 MPa; • avec une vitesse spatiale massique, exprimée comme étant le rapport du débit massique de la charge sur la masse de catalyseur comprise entre 1 et 1,6 h'1, de préférence comprise entre 1,2 et 1,4 h'1 ; • avec un rapport molaire H2/charge compris entre 0,1 mol/mol à 1 mol/mol.

Ces conditions opératoires sont choisies de manière à limiter les réactions de craquage qui forment des précurseurs de coke responsables de la désactivation du catalyseur d'isomérisation. L'isomérat extrait de l'unité d'isomérisation 11 est entièrement recyclée dans la colonne de séparation 6, via la ligne 13, au niveau d'un plateau situé entre le plateau de soutirage latéral et le point d'injection du liquide de reflux apporté par la ligne 17.

Selon un autre mode de réalisation, l'isomérat est envoyé dans un débutaniseur 19 afin de séparer une coupe d'hydrocarbures en C4- (extraite par la ligne 20) et une coupe d'hydrocarbures paraffiniques en C7 ramifiée stabilisée qui est recyclée en tête de la colonne de séparation 2 par l'intermédiaire des lignes 21 et 13.

Le recyclage de l'isomérat permet ainsi de renvoyer dans la colonne les hydrocarbures en C7 paraffiniques ramifiés qui sont ensuite récupérées dans la phase gazeuse soutirée en tête de la colonne par la ligne 8.

Comme indiqué sur la figure 1, la phase gazeuse 8 subit une étape de condensation qui implique un refroidissement au moyen d'un dispositif d'échange de chaleur 14 et une séparation de phase liquide/vapeur au moyen d'un dispositif de séparation de phase 15 (par exemple un ballon séparateur). La phase vapeur résiduelle est évacuée du dispositif de séparation 15 par la ligne 16. La phase liquide (ou condensât) est en partie renvoyée en tête de colonne, par la ligne 17, comme liquide de reflux tandis que le reste de la phase liquide est soutirée en tant que produit par la ligne 18. La phase liquide de la ligne 18 qui contient essentiellement des paraffines en C7 ramifiées est une base à haut indice d'octane pour la formulation de carburant essence. Avant d'être employé comme base essence, la phase liquide peut subir une étape de stabilisation (ou débunatisation) afin d'éliminer les hydrocarbures en C4' encore éventuellement présents dans la phase liquide.

Selon l'invention, la phase liquide 9 contenant des hydrocarbures en C7 naphténiques (par exemple le diméthyl-cyclopentane et le méthyl-cyclohexane) et aromatiques (le toluène) soutirée en fond de la colonne 6 est traitée dans une unité de décyclisation catalytique 22. La réaction catalytique mettant en jeu de l'hydrogène et un catalyseur de décyclisation conduit à l'ouverture des cycles des hydrocarbures naphténiques et aromatiques en C7 de manière à produire un effluent 23 contenant des hydrocarbures paraffiniques en C7.

Un catalyseur de décyclisation peut comprendre par exemple du platine et du rhénium déposés sur une alumine chlorée. Avec ce type de catalyseur, la réaction catalytique de décyclisation est généralement est opérée dans les conditions opératoires suivantes: • à une température comprise entre 300 et 450°C, depréférence comprise entre 350 et 400°C; • à une pression absolue comprise entre 3 et 6 MPa, de préférence comprise entre 3,5 et 4,5 MPa; • avec un rapport molaire H2/charge compris entre 2 mol/mol à 15 mol/mol, de préférence entre 5 mol/mol et 10 mol/mol.

Selon l'invention, l'effluent 23 est recyclé dans la colonne de distillation 6 de sorte que les hydrocarbures paraffiniques en C7 sont récupérés dans la coupe intermédiaire 10 afin de subir la réaction d'isomérisation.

Le procédé selon l'invention permet ainsi d'améliorer le rendement en hydrocarbures paraffiniques ramifiées (ou isoparaffines) en C7 à haut indice d'octane à partir de naphtènes à faible indice d'octane.

Le procédé présente également l'avantage de convertir le toluène, composé difficile à séparer des naphtènes dans la colonne 2, en paraffine correspondant puis éventuellement en un isomère ramifié. Par ailleurs, étant donné que le toluène est récupéré dans la coupe de fond et n'est pas envoyé dans l'unité d'isomérisation, on limite les réactions de craquage dans ladite unité qui seraient exacerbées par l'exothermie générée par l'hydrogénation du toluène.

Le procédé selon l'invention peut être intégré en amont d'une unité de reformage catalytique conventionnelle qui traite une charge naphta en C7 à C11.

Le procédé selon l'invention présente aussi l'avantage d'utiliser une colonne de séparation déjà disponible sur le site de la raffinerie lorsque cette dernière dispose déjà d'une unité d'isomérisation de la coupe C7, par exemple une unité "lsomalk-4" de GTC Technology, qui comprend une colonne de séparation désignée par le terme "déheptaniseur", permettant de séparer les paraffines en C7 de la coupe C7+.

Exemple

Dans l'exemple ci-dessous, on compare le fonctionnement de deux unités de traitement A (comparatif) et B (selon l'invention) d'une coupe naphta en C5 à C11 qui comprend une unité d'isomérisation C5/C6, une unité d'isomérisation C7 et une unité de reformage catalytique. Les unités de traitement A (figure 2) et B sont opérées afin de produire une essence dont l'indice RON est de 95.

Le tableau 1 donne la composition de la coupe naphta traitée dans les exemples présentés ci-après:

Tableau 1

La composition de la coupe C7 est la suivante: • Paraffine = 69% poids par rapport au poids de la coupe C7 • Napthène = 21 % poids par rapport au poids de la coupe C7 • Toluène =10% poids par rapport au poids de la coupe C7

Le débit de charge traitée par les unités A et B est fixé à 200 tonnes/heure.

Plus précisément, l'unité A est opérée de la manière suivante:

En référence à la figure 2, la charge naptha (C5 - C11) est envoyée par la ligne 30 dans une première colonne de séparation 31 (ou splitter selon la terminologie anglo-saxonne) afin de séparer en tête de la colonne une coupe d'hydrocarbures C5/C6 et en fond une coupe d'hydrocarbures C7+.

La coupe d'hydrocarbures C5/C6 est envoyée par la ligne 32 dans une unité d'isomérisation qui comprend un réacteur 33 mettant en œuvre du catalyseur ATIS-2L de la société AXENS. Le réacteur est opéré à 3 MPa, à 110 °C avec une vtesse spatiale massique de 1.3 h"1 et un rapport molaire H2/charge de 0,2 mol/mol. L'effluent extrait du réacteur d'isomérisation 33 est "débutanisé" dans un débutaniseur 34 d'où l'on extrait par la ligne 35 un isomérat C5/C6 stabilisé. L'isomérat C5/C6 stabilisé est traitée dans une colonne de séparation 36 (ou déhexaniseur) qui permet de récupérer en tête par la ligne 37 une isomérat en C5, en fond par la ligne 38 un isomérat en C6 et une coupe latérale contenant essentiellement de l'hexane non isomérisé qui est recyclé dans le réacteur 33 via la ligne 39. Le taux de recycle est fixé dans ce cas à 100%. Les produits de tête et de fond de la colonne de séparation 36 sont mélangés pour former l’isomérat C5/C6 qui est ensuite stocké.

La coupe d'hydrocarbures C7+ soutirée en fond de la colonne 31 par la ligne 40 subit un fractionnement dans une colonne 41 configurée pour séparer en tête une coupe d'hydrocarbures paraffinique, naphténique et aromatique en C7 et en fond une coupe d'hydrocarbures en C8+.

Dans l’exemple la pression en tête de la colonne 41 munie de 48 plateaux est réglée à 0,17 MPa absolu et avec une température de fond de colonne de 167°C.

Les énergies de rebouillage et de condensation sont adaptées pour satisfaire les spécifications suivantes : - le produit de tête présente une teneur en toluène de 7% poids au poids du produit de tête - le produit de fond présente une teneur en naphtènes C7 de 1% poids par rapport à poids du produit de fond.

Comme indiqué à la figure 2, la coupe d'hydrocarbures en C7 est envoyée par la ligne 42 dans l'unité d'isomérisation C7 mettant en œuvre un réacteur 43 chargé en catalyseur ATIS-2L de la société AXENS. Le réacteur d'isomérisation C7 est opéré dans les conditions suivantes: 3 MPa, à 90°C avec une vitesse spatiale massique de 1,2 h'1 et un rapport molaire H2/charge de 0,2 mol/mol. L'effluent extrait du réacteur d'isomérisation 43 est "débutanisé" dans un débutaniseur 44 qui permet d'extraire par la ligne 45 un isomérat C7 stabilisé. L'isomérat C7 stabilisé est traitée dans une colonne de séparation 46 (ou déheptaniseur) qui permet de récupérer en tête par la ligne 47 une isomérat léger en C7, en fond par la ligne 48 un isomérat lourd en C7 et une coupe latérale contenant essentiellement du n-heptane non isomérisé qui est recyclé dans le réacteur 43 via la ligne 49. Le taux de recycle nécessaire dans ce cas est de 500% (soit un réacteur 43 capable de traiter six fois le débit de charge fraîche).

Quant à la coupe d'hydrocarbures évacuée en fond de la colonne 41 par la ligne 50, elle est traitée par reformage catalytique dans une unité 51 de reformage catalytique. Dans l'exemple l'unité 51 mise en œuvre est une unité dite "à régénération continue" (ou CCR pour Continuous Catalyst Régénération selon la terminologie anglo-saxonne) comprenant quatre réacteurs en série utilisant un catalyseur comprenant du platine et du chlore avec un support alumine. L'unité de reformage catalytique est conduite dans les conditions suivantes:

• T° entrée des réacteurs : 520 °C • Pression moyenne absolue en entrée des 4 réacteurs : 0.5 MPa • une vitesse spatiale massique: 2,1 h"1 .

Il est à noter que le rapport (débit massique de charge / masse de catalyseur) est la variable d’ajustement permettant d'atteindre un RON égal à 95 au niveau du mélange des 3 produits générés par l'unité (isomérat C5/C6 + isomérat C7 + reformat) L'unité B se distingue de l'unité A par le fait que la coupe C7+ soutirée en fond de la première colonne de séparation 31 est traitée dans l'unité représentée à la figure 1.

Comme indiqué sur la figure 1, la coupe C7+ est fractionnée en deux coupes d'hydrocarbures. Ainsi en tête de la colonne de séparation 2 (voir figure 1) on soutire une coupe d'hydrocarbures en C7 et en fond de la colonne une coupe comprenant des hydrocarbures en C8+.

Dans l’exemple la pression en tête de la colonne 2 équipée de 48 plateaux est réglée à 0,17 MPa absolu et avec une température de fond de colonne de 167 °C.

Les énergies de rebouillage et de condensation sont adaptées pour satisfaire les spécifications suivantes : - le produit de tête présente une teneur en toluène de 7% poids par rapport au poids du produit de tête - le produit de fond présente une teneur en naphtènes C7 de 1% poids par rapport au poids du produit de fond.

Conformément à l'invention, la coupe d'hydrocarbures en C7 est envoyée dans une colonne de séparation 6 de sorte que l'on récupère : • en tête, une coupe en C7 isoparaffinique; • une coupe intermédiaire paraffinique en C7 linéaire qui est envoyée dans un réacteur d'isomérisation 11 ; • en fond une coupe en C7 naphténique et aromatique.

Dans l’exemple la pression en tête de la colonne 6, équipée de 100 plateaux, est réglée à 0,17 MPa absolu et avec une température de fond de colonne de 145°C. Les énergies de rebouillage et de condensation et le débit de soutirage latéral sont adaptés pour satisfaire les spécifications suivantes : - le produit de tête présente un RON de 84; - le produit de fond présente une teneur en naphtènes C7 et en hydrocarbures à plus de 8 atomes de carbones de 80% poids par rapport au poids du produit de fond et une teneur en toluène d'environ 10% poids par rapport au poids du produit de fond.

Le débit au réacteur d’isomérisation représente 6 fois le débit de charge à traiter (équivalent à un taux de recycle de 5).

Les conditions opératoires du réacteur d’isomérisation 11 de la coupe intermédiaire paraffinique en C7 linéaire sont identiques au cas A.

La coupe de fond de la colonne de séparation 6 qui contient des hydrocarbures en C7 naphténique et aromatique est envoyée dans un réacteur de décyclisation 22 contenant un lit de catalyseur comprenant du platine et du rhénium déposés sur une alumine chlorée. Le réacteur de décyclisation 22 est opéré dans les conditions opératoires suivantes : • température entrée des réacteurs : 400°C; • pression moyenne absolue en entrée des 4 réacteurs : 4,1 MPa ; • un rapport molaire H2/charge de 8 mol/mol.

Le tableau 2 compare notamment les rendements en mélange [isomérat C5/C6 + isomérat C7 + reformat] produit par les unités A (comparatif) et B (utilisant le procédé selon l'invention).

Tableau 2

Le gain apportée par l’invention s’élève à environ 1% volumique sur la production d’essence (mélange isomérat C5/C6 + isomérat C7 + reformat). On notera par ailleurs que la teneur en aromatiques du mélange est réduite de près de 2%, ce qui limite fortement le besoin de dilution par d’autres produits (alkylat par exemple) pour atteindre la spécification règlementaire de 35% volumique en aromatique dans les formulations d'essence.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS 1) Procédé de production de bases essence à partir d'une charge d'hydrocarbures comprenant des hydrocarbures paraffiniques, naphténiques et aromatiques ayant entre 7 et 11 atomes de carbone par molécule, incluant les étapes suivantes: a) on envoie la charge d'hydrocarbures dans une première colonne de séparation (2) configurée pour séparer une première coupe de tête (4) contenant des hydrocarbures paraffiniques, naphténiques et aromatiques en C7 et une coupe de fond (5) contenant des hydrocarbures en C8+. b) on envoie la première coupe de tête (4), un premier et un second flux de recycle dans une seconde colonne de séparation (6) configurée pour séparer au moins trois coupes : • une seconde coupe de tête (8) contenant des hydrocarbures paraffiniques en C7 ramifiés; • une coupe intermédiaire (10) contenant majoritairement des hydrocarbures paraffiniques en C7 linéaires qui est soutirée à un niveau de la colonne située au-dessus du point d'injection de la charge et en-dessous du point d'injection du premier flux de recycle; • une seconde coupe de fond (9) contenant des hydrocarbures en C7 naphténiques et aromatiques; c) on traite ladite coupe intermédiaire (10) dans une unité d'isomérisation (11) afin de produire un isomérat (13) contenant des hydrocarbures paraffiniques en C7 ramifiés; d) on recycle l'isomérat (13) dans la seconde colonne de séparation (6) et en tête de celle-ci comme premier flux de recycle. e) on traite la seconde coupe de fond (9) contenant des hydrocarbures en C7 naphténiques et aromatiques dans une unité d’hydrogénation et de décyclisation catalytique (22) afin de produire un effluent (23) contenant des paraffines linéaires en C7; f) on recycle l'effluent (23) issu de l'étape e) dans la seconde colonne de séparation comme second flux de recycle.
2. 2) Procédé selon la revendication 1, dans lequel la seconde colonne de séparation est configurée de manière à séparer une coupe intermédiaire contenant en outre des hydrocarbures en C7 mono-branchés et une coupe de tête contenant en outre des hydrocarbures paraffiniques en C7 di et tri-branchés.
3. 3) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on traite la coupe de fond en C8+ dans une unité de reformage catalytique.
4. 4) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'isomérat issu de l'unité d'isomérisation est envoyé dans une colonne de stabilisation afin de séparer, respectivement en tête et en fond de la colonne de stabilisation, un coupe légère en C4" et une coupe d'hydrocarbures paraffiniques en C7 ramifiés stabilisée et ladite coupe d'hydrocarbures paraffiniques en C7 ramifiés stabilisée est recyclée dans la colonne de séparation conformément à l'étape d).
5. 5) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel à l'étape c) la coupe intermédiaire est traitée dans un réacteur en présence d'un catalyseur d'isomérisation dans les conditions opératoires suivantes: • à une température comprise entre 70 et 100°C; • à une pression absolue comprise entre 2 et 5 MPa; • avec une vitesse spatiale massique, exprimée comme étant le rapport du débit massique de la charge sur la masse de catalyseur comprise entre 1 et 1,6 h"1; • avec un rapport molaire H2/charge compris entre 0,1 mol/mol à 1 mol/mol.
6. 6) Procédé selon la revendication 5, dans lequel l'étape c) est opérée: • à une température comprise entre 80 et 90 °C; • à une pression absolue comprise entre 2.5 et 3.5 MPa; • avec une vitesse spatiale massique, exprimée comme étant le rapport du débit massique de la charge sur la masse de catalyseur comprise entre 1,2 et 1,4 h"1.
7. 7) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la charge contenant des hydrocarbures paraffiniques, naphténiques et aromatiques a une température d'ébullition s'étendant dans la gamme comprise entre 80 et 200°C, et de préférence comprise entre 80 et 185°C, mesurée selon la norme ASTM D86.
8. 8) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la charge d'hydrocarbures contient: • 20 à 75 % poids de paraffines; • 15 à 55 % poids de naphtènes; • 5 à 30 % poids d'aromatiques.
9. 9) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la coupe d'hydrocarbures en C7 qui compose la charge contient: • 20 à 80 % poids de C7 paraffiniques; • 20 à 55 % poids de C7 naphténiques; • 5 à 25 % poids de C7 aromatiques.