FR3075811A1 - Procede de conversion de charges lourdes d'hydrocarbures comportant des etapes d'hydroconversion en lit entraine et une recycle d'une huile desasphaltee - Google Patents
Procede de conversion de charges lourdes d'hydrocarbures comportant des etapes d'hydroconversion en lit entraine et une recycle d'une huile desasphaltee Download PDFInfo
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Abstract
L'invention porte sur un procédé de conversion d'une charge lourde d'hydrocarbures contenant une fraction d'au moins 50% ayant une température d'ébullition d'au moins 300°C et contenant du soufre, du carbone Conradson, des métaux, et de l'azote, comportant au moins deux étapes d'hydroconversion successives en lit entraîné, pouvant être séparées par une étape de séparation intermédiaire, et au moins une étape de désasphaltage d'une fraction lourde de l'effluent issu de l'hydroconversion, avec un recyclage d'au moins une partie de l'huile désasphaltée (DAO) en aval de la première étape d'hydroconversion. La DAO est soit recyclée à sa sortie du désasphalteur, soit après avoir subi une étape de fractionnement produisant une fraction lourde de la DAO qui constitue alors la partie de la DAO recyclée. Ce procédé permet d'améliorer simultanément le niveau de conversion et la stabilité des effluents liquides
Description
Domaine de l'invention
La présente invention concerne le raffinage et la conversion de charges lourdes d’hydrocarbures issues soit d'un pétrole brut, soit de la distillation d'un pétrole brut, lesdites charges comprenant une fraction d'au moins 50% ayant une température d'ébullition d'au moins 300 °C, et contenant entre autres des asphaltàies, des impuretés soufrées, azotées et des métaux. Il est recherché la conversion ces charges en produits plus légers, valorisables comme carburants, par exemple pour produire des essences ou des gazoles, ou matières premières pour la pétrochimie.
En particulier, l’invention concerne un procédé de conversion d’une telle charge lourde comportant des étapes d’hydroconversion en réacteur triphasique fonctionnant en lit entraîné et un désasphaltage d’une fraction du produit issu de l’hydroconversion, dans lequel l’huile désasphaltée, appelée DAO pour DeAsphalted Oil en anglais, issue du désasphaltage est recyclée lors de l’hydroconversion.
Contexte général
Les charges que l'on souhaite traiter dans le cadre de la présente invention sont soit des pétroles bruts, soit des fractions lourdes d'hydrocarbures issues de la distillation d'un pétrole brut, aussi appelées résidus pétroliers, et contiennent une fraction d'au moins 50% ayant une température d'ébullition d'au moins 300°Q de préférence d'au moins 350°C et de manière préféré d'au moins 375°C. Ce sont de préférence des résidus sous vide contenant une fraction d'au moins 50% ont une température d'ébullition d'au moins 450°C, et de préférence d'au moins 500 °C.
Ces charges ont généralement une teneur en soufre d'au moins 0,1 %, parfois d'au moins 1 % et même d'au moins 2% en poids, une teneur en carbone Conradson d'au moins 0,5 % poids et de préférence d'au moins 5 % poids, une teneur en asphaltènes C7 d'au moins 1 % poids et de préférence d'au moins 3 % poids et une teneur en métaux d'au moins 20 ppm poids et de préférence d'au moins 100 ppm poids.
La valorisation de ces charges lourdes est relativement difficile, tant du point de vue technique que du point de vue économique.
En effet, le marché est surtout demandeur de carburants pouvant être distillés à pression atmosphérique à une température inférieure à 380°C, voire à 320°C. S’agissant des pétroles bruts, leur distillation atmosphérique conduit à des teneurs variables en résidus atmosphériques qui dépendent de l'origine des pétroles bruts traités. Cette teneur varie généralement entre 20% et 50% pour des pétroles bruts conventionnels, mais peut atteindre 50% à 80% pour des pétroles bruts lourds et extra-lourds comme par exemple ceux produits au Venezuela ou dans la région de l'Athabasca dans le nord du Canada. Il est donc nécessaire de convertir ces résidus, en transformant les molécules lourdes de résidus pour produire des produits raffinés constitués de molécules plus légères. Ces produits raffinés ont généralement un ratio hydrogène sur carbone beaucoup important que les coupes lourdes de départ. Une série de procédés utilisés pour produire des coupes légères raffinées, comme les procédés d'hydrocraquage, d'hydrotraitement et d'hydroconversion, est donc basé sur l'ajout d'hydrogène dans les molécules, de préférence en même temps que le craquage de ces molécules lourdes.
La conversion des charges lourdes dépend d'un grand nombre de paramètres tels que la composition de la charge, la technologie du réacteur utilisé, la sévérité des conditions opératoires (température, pression, pression partielle d'hydrogène, temps de séjour, etc.), le type de catalyseur utilisé et son activité. En augmentant la sévérité de l'opération, la conversion des charges lourdes en produits légers est augmentée, mais des sous-produits, tels que des précurseurs de coke et des sédiments, commencent à être formés de façon significative via des réactions secondaires. La conversion poussée des charges lourdes résulte donc très souvent dans la formation de particules solides, très visqueuses et/ou collantes composées par des asphaltènes, du coke et/ou des particules fines de catalyseur. La présence excessive de ces produits conduit au cokage et à la désactivation du catalyseur, à l'encrassement des équipements du procédé, et notamment des équipements de séparation et de distillation. De ce fait, le raffineur est obligé de réduire la conversion des charges lourdes afin d'éviter l'arrêt de l'unité d'hydroconversion.
La formation de ces sédiments dans des procédés d'hydrotraitement et d'hydroconversion dépend donc très fortement de la qualité de la charge et de la sévérité de l'opération. Plus précisément, les asphaltènes présents dans la charge sont principalement convertis par désalkylation dans les conditions sévères d'hydroconversion et forment de ce fait des molécules comportant des noyaux aromatiques très condensés qui précipitent sous forme de sédiments.
Les procédés d'hydroconversion de charges lourdes d'hydrocarbures sont bien connus de l’homme du métier. En particulier, les schémas classiques de conversion de charges lourdes comportent une étape de désasphaltage au solvant (SDA pour Solvent DeAsphalting en anglais) et une étape d'hydroconversion effectuée en lit fixe, en lit mobile, en lit bouillonnant, en lit entraîné (dit "slurry" selon la terminologie anglo-saxonne), et/ou en lit hybride. Les étapes d'hydroconversion qui sont effectuées en lit fixe, en lit mobile, en lit bouillonnant et/ou en lit hybride en fonction de la charge à traiter contiennent donc toujours au moins un catalyseur qui est maintenu dans le réacteur pendant l’opération. Ce n’est pas le cas pour les étapes d'hydroconversion qui sont effectuées en lit entraîné, un tel lit entraîné comportant un catalyseur d’hydroconversion dit entraîné (ou slurry) qui entre dans le réacteur avec la charge et qui est entraîné en dehors du réacteur avec les effluents. Cet entrainement est notamment permis par une densité et une granulométrie adaptées du catalyseur. Le terme lit hybride fait référence à un lit mixte de catalyseurs de granulométrie très différente, comportant simultanément au moins un catalyseur qui est maintenu dans le réacteur et au moins un catalyseur entraîné qui entre dans le réacteur avec la charge et qui est entraîné en dehors du réacteur avec les effluents. Le désasphaltage et l’hydroconversion sont classiquement effectués successivement. On distingue en particulier deux types de procédés de conversion de charges lourdes associant désasphaltage et hydroconversion : - un premier type de procédé, connu sous le nom de « voie indirecte >>, met en oeuvre l’unité de désasphaltage placée en amont de l’unité d’hydroconversion. Selon cette voie, la charge est traitée au moins en partie dans une unité de désasphaltage avant d'être envoyée au moins en partie à une unité d’hydroconversion comportant un ou plusieurs réacteurs d'hydroconversion en présence d'hydrogène. Le brevet US 7 691 256 décrit ainsi un procédé de conversion de coupes hydrocarbonées lourdes, telles que le résidu atmosphérique ou sous vide issu de la distillation de pétroles bruts lourds, dans lequel le résidu est d’abord envoyé dans une unité de désasphaltage au solvant produisant un flux de DAO et un flux d’asphalte, les deux flux étant ensuite traités séparément dans des réacteurs fonctionnant en lit entraîné. Les effluents des deux unités d’hydroconversion en lit entraîné sont ensuite envoyés dans une section de séparation commune, dont le résidu est envoyé dans un deuxième désasphalteur. Une partie de ce deuxième flux de DAO et une partie de ce deuxième flux asphalte sont ensuite renvoyés dans les unités d’hydroconversion en lit entraîné. Ce procédé permet alors un niveau de conversion plus élevé du résidu car les unités d’hydroconversion séparées du flux de DAO et du flux d’asphalte peuvent être opérée de manière à atteindre une conversion plus poussée. Un inconvénient principal de la voie indirecte réside dans la taille importante requise pour le désasphalteur conduisant à des coûts d'investissements et d’opération importants. - un deuxième type de procédé, connu sous le nom de « voie directe >>, met en oeuvre une unité de désasphaltage placée en aval de l’unité d’hydroconversion. En général, dans ce type de procédé, une étape de distillation atmosphérique, et éventuellement une étape de distillation sous vide successive à l’étape de distillation atmosphérique, est mise en œuvre entre les deux étapes unitaires constituées par l’hydroconversion et le désasphaltage. C’est le cas par exemple du procédé décrit dans le brevet US 8,057,660, dans lequel une charge lourde est d’abord envoyée avec de l’hydrogène dans une section d’hydroconversion comprenant au moins un réacteur en lit entraîné. L’effluent issu de cette section d’hydroconversion en lit entraîné est ensuite séparé en plusieurs fractions et une ou plusieurs fractions lourdes sont ensuite envoyés au moins en partie dans une section de désasphaltage dans laquelle est mis en œuvre un extracteur liquide-liquide à l'aide d'un solvant dans des conditions de désasphaltage connues de l'homme du métier permettant d'obtenir une DAO et un asphalte résiduel. La DAO ainsi obtenue fait ensuite l’objet d’une section d’hydroconversion en lit entraîné dans des conditions permettant de réduire en particulier sa teneur en métaux, en soufre, en azote et en carbone Conradson et d'obtenir, après une nouvelle séparation par distillation, une fraction gazeuse, une fraction essence, une fraction gazole et une fraction plus lourde hydrotraitée. Cette fraction plus lourde est ensuite renvoyée avec la DAO dans la seconde section d’hydroconversion en lit entraîné.
Les documents WO 2004/058922, US 2010/320122A, US 2012/061293A, US 3,905,892, US 4,176,048, US 6,017,441, US 8,017,000 et US 8,287,720 décrivent différentes configurations possibles pour la voie directe, dans lesquelles on réalise une première étape d’hydroconversion suivie de l’étape de désasphaltage de la coupe lourde issue d’une séparation intermédiaire de l’effluent hydroconverti, puis on effectue une deuxième étape d’hydroconversion, d'hydrotraitement ou d'hydrocraquage de la DAO. Dans ces configurations, la formation de coke et de sédiments peut toujours se produire lors de la deuxième étape d'hydroconversion dans le cas où la DAO est co-traitée avec une charge contenant des asphaltènes. De plus, une grande quantité d’asphalte est produite lors de l’étape de désasphaltage après la première étape d’hydroconversion à faible conversion d’asphaltènes, comme dans le cas du schéma proposé dans le brevet US 4,176,048. Cet asphalte est un produit à faible valeur qui est de plus difficile à convertir en carburants.
Une autre configuration selon la voie directe consiste à réaliser l’étape de désasphaltage des coupes lourdes après une étape d’hydroconversion permettant ainsi de minimiser la quantité d’asphalte produit, puis de recycler la DAO à l’entrée de la première zone d’hydroconversion ou dans des zones de fractionnement en amont de la première zone d’hydroconversion, comme décrit dans les demandes de brevet FR 2 964 388 et FR 2 999 599. Cette configuration exige une augmentation importante du volume des zones réactionnelles ainsi que des zones de séparation augmentant l'investissement requis et le coût opératoire par rapport à un procédé de conversion sans recyclage de DAO. En outre, dans cette configuration, des problèmes de formation de coke et de sédiments peuvent toujours se rencontrer lors de l’étape d'hydroconversion où la DAO est recyclée et co-traitée avec la charge lourde contenant des asphaltènes.
Objectifs et résumé de l'invention
La présente invention vise à résoudre, au moins partiellement, les problèmes mentionnés plus haut en relation avec les procédés de conversion de charges lourdes de l’art antérieur intégrant des étapes d’hydroconversion et de désasphaltage.
En particulier, un des objectifs de l'invention est de fournir un procédé de conversion de charges lourdes d’hydrocarbures intégrant des étapes d'hydroconversion en lit entraîné et de désasphaltage dans lequel la stabilité des effluents est améliorée pour un niveau donné de conversion des charges lourdes, permettant ainsi de pousser plus loin la conversion dans le procédé, c’est-à-dire d’opérer l’hydroconversion de manière à obtenir un taux de conversion plus fort.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel procédé dans lequel la formation de coke et de sédiments est limitée lors de l’hydroconversion, réduisant ainsi les problèmes d’encrassement des équipements mis en oeuvre dans le procédé permettant d’atteindre un fort niveau d’hydroconversion global avec une bonne opérabilité notamment dans les équipements susceptibles à l’encrassement, tels que les sections de fractionnement.
Un autre objectif de l'invention est encore de fournir une DAO de bonne qualité, c'est à dire présentant une teneur réduite en azote, en soufre, en métaux et en carbone Conradson.
Ainsi, pour atteindre au moins l'un des objectifs susvisés, parmi d’autres, la présente invention propose, un procédé de conversion d’une charge lourde d’hydrocarbures contenant une fraction d'au moins 50% ayant une température d'ébullition d'au moins 300°C, et contenant du soufre, du carbone Conradson, des métaux, et de l’azote, comprenant les étapes successives suivantes : - une étape initiale d’hydroconversion (ai) d'au moins une partie de ladite charge lourde d’hydrocarbures en présence d'hydrogène dans une section d’hydroconversion initiale, réalisée dans des conditions permettant d'obtenir un effluent liquide à teneur réduite en soufre, en carbone Conradson, en métaux, et en azote ; - (n-1) étape(s) d’hydroconversion supplémentaire(s) (al) dans (n-1) section(s) d’hydroconversion supplémentaire(s), en présence d'hydrogène, d’au moins une partie ou la totalité de l’effluent liquide issu de l’étape d’hydroconversion précédente (a,-1) ou éventuellement d’une fraction lourde issue d’une étape optionnelle de séparation intermédiaire (by) dans une section de séparation intermédiaire entre deux étapes d’hydroconversion consécutives séparant une partie ou la totalité de l’effluent liquide issu de l’étape d’hydroconversion précédente (aM) pour produire au moins une fraction lourde bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, les (n-1) étape(s) d’hydroconversion supplémentaire(s) (a,) étant réalisées de manière à obtenir un effluent liquide hydroconverti à teneur réduite en soufre, en carbone Conradson, en métaux, et en azote, n étant le nombre total d’étapes d’hydroconversion, avec n supérieur ou égal à 2, / étant un entier allant de 2 à n et y étant un entier allant de 1 à (n-1), et les sections d’hydroconversion initiale et supplémentaire(s) comportant chacune au moins un réacteur triphasique fonctionnant en lit entraîné contenant au moins un catalyseur d'hydroconversion entraîné; - une première étape de fractionnement (c) dans une première section de fractionnement d’une partie ou de la totalité de l’effluent liquide hydroconverti issu de la dernière étape d’hydroconversion supplémentaire (an) produisant au moins une coupe lourde bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, ladite coupe lourde contenant une fraction résiduelle bouillant à une température supérieure ou égale à 540°C ; - une étape de désasphaltage (d) dans un désasphalteur d’une partie ou de la totalité de ladite coupe lourde issue de l’étape de fractionnement (c), avec au moins un solvant hydrocarboné, pour obtenir une huile désasphaltée DAO et un asphalte résiduel ; - éventuellement une deuxième étape de fractionnement (e) dans une deuxième section de fractionnement d’une partie ou de la totalité de la DAO issue de l’étape de désasphaltage (d) en au moins une fraction lourde de DAO et une fraction légère de DAO ; - une étape de recyclage (f) d’au moins une partie de la DAO issue de l’étape (d) et/ou d’au moins une partie de la fraction lourde de la DAO issue de l’étape (e) à une étape d’hydroconversion supplémentaire (al) et/ou à une étape de séparation intermédiaire (by).
La charge lourde d’hydrocarbures a de préférence une teneur en soufre d'au moins 0,1 % poids, une teneur en carbone Conradson d'au moins 0,5% poids, une teneur en asphaltènes C7 d'au moins 1 % poids, et une teneur en métaux d'au moins 20 ppm poids.
La charge lourde d’hydrocarbures peut être un pétrole brut ou être constituée de résidus atmosphériques et/ou de résidus sous vide issus de la distillation atmosphérique et/ou sous vide d’un pétrole brut, ou de résidus issus d’un procédé de liquéfaction directe du charbon, et est de préférence constituée de résidus sous vide issus de la distillation sous vide d’un pétrole brut.
Selon une mise en œuvre de l'invention, l’étape d’hydroconversion initiale (a^ est opérée sous une pression absolue comprise entre 2 et 38 MPa, à une température comprise entre 300 °C et 550 °C, à une vitesse spatiale horaie WH par rapport au volume de chaque réacteur triphasique comprise entre 0,05 h'1 et 10 h'1 et sous une quantité d’hydrogène mélangée à la charge lourde hydrocarbonée comprise entre 50 et 5000 normaux mètres cube (Nm3) par mètre cube (m3) de charge lourde d’hydrocarbures.
Selon une mise en œuvre de l'invention, la ou les étapes d’hydroconversion supplémentaires (an) sont opérées à une température comprise entre 300°C et 550°C, et supérieure à la température opérée à l’étape d’hydroconversion initiale (ai), sous une quantité d’hydrogène mélangée à la charge lourde hydrocarbonée comprise entre 50 et 5000 normaux mètres cube (Nm3) par mètre cube (m3) de charge lourde d’hydrocarbures et inférieure à la quantité d’hydrogène opérée à l’étape d’hydroconversion initiale (ai), sous une pression absolue comprise entre 2 et 38 MPa, et à une vitesse spatiale horaire WH par rapport au volume de chaque réacteur triphasique comprise entre 0,05 h"1 et 10 h"1.
Selon une mise en œuvre de l'invention, la section de séparation intermédiaire comprend un ou plusieurs ballons de flash disposés en série, et/ou une ou plusieurs colonnes de stripage à la vapeur et/ou à l'hydrogène, et/ou une colonne de distillation atmosphérique, et/ou une colonne de distillation sous vide, et est de préférence constituée par un seul ballon de flash.
Selon une mise en œuvre de l'invention, la première section de fractionnement comprend un ou plusieurs ballons de flash disposés en série, et/ou une ou plusieurs colonnes de stripage à la vapeur et/ou à l'hydrogène, et/ou une colonne de distillation atmosphérique, et/ou une colonne de distillation sous vide, et est de préférence constituée par un ensemble de plusieurs ballons de flash en série et de colonnes de distillation atmosphérique et sous vide.
Selon une mise en œuvre de l'invention, l’étape de désasphaltage (d) est opérée dans une colonne d’extraction à une température comprise entre 60°C et 250°C avec au moins un solvant hydrocarboné ayant de 3 à 7 atomes de carbone, et un ratio solvant/charge (volume/volume) compris entre 3/1 et 16/1, et de préférence entre 4/1 et 8/1.
Selon une mise en œuvre de l'invention, on envoie une partie de la charge lourde d’hydrocarbures dans au moins une section d’hydroconversion supplémentaire et/ou dans au moins une section de séparation intermédiaire et/ou dans la première section de fractionnement et/ou dans le désasphalteur.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, on envoie une charge d’hydrocarbures externe au procédé dans la section d’hydroconversion initiale et/ou dans au moins une section d’hydroconversion supplémentaire et/ou dans au moins une section de séparation intermédiaire et/ou dans la première section de fractionnement et/ou dans le désasphalteur.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, le procédé comprend en outre au moins une étape de recyclage suivante : - le recyclage (n) d’une partie ou de la totalité de la fraction légère de la DAO issue de l’étape (e) dans la section d’hydroconversion initiale et/ou dans au moins une section d’hydroconversion supplémentaire et/ou dans au moins une section de séparation intermédiaire et/ou dans la première section de fractionnement ; - le recyclage (r2) d’une partie de la fraction lourde de la DAO issue de l’étape (f) dans la première section de fractionnement ; - le recyclage (r3) d’une partie de la DAO issue de l’étape (d) dans la première section de fractionnement ; - le recyclage (r4) d’une partie ou de la totalité de l’asphalte résiduel issu de l’étape (d) dans la section d’hydroconversion initiale et/ou dans au moins une section d’hydroconversion supplémentaire ; - le recyclage (r5) d’une partie de l’effluent liquide hydroconverti d’une section d’hydroconversion supplémentaire donnée : - dans la section d’hydroconversion initiale, et/ou - dans une autre section d’hydroconversion supplémentaire positionnée en amont de ladite section donnée, et/ou - dans une section de séparation intermédiaire positionnée en amont de ladite section donnée ; - le recyclage (r6) d’une partie de la fraction lourde et/ou d’une partie ou de la totalité d’une ou plusieurs fractions intermédiaires issue d’une section intermédiaire donnée : - dans la section d’hydroconversion initiale, et/ou - dans une section d’hydroconversion supplémentaire positionnée en amont de ladite section intermédiaire donnée, et/ou - dans une autre section de séparation intermédiaire positionnée en amont de ladite section donnée ; - le recyclage (r7) d’une partie de la fraction lourde et/ou d’une partie ou de la totalité d’une ou plusieurs fractions intermédiaires issue de la première section de fractionnement : - dans la section d’hydroconversion initiale, et/ou - dans une section d’hydroconversion supplémentaire, et/ou - dans une section de séparation intermédiaire.
Selon une mise en œuvre de l'invention, n est égal à 2.
Selon une mise en œuvre de l'invention, le procédé comporte le recyclage (f) de la totalité de la DAO issue de l’étape (d) ou de la totalité de la fraction lourde issue de la deuxième étape de fractionnement (e) à la dernière étape d’hydroconversion supplémentaires (a,·), et de préférence dans l’étape d’hydroconversion supplémentaire (a2) lorsque n est égal à 2 et qu’en outre la totalité de l’effluent liquide issu de l’étape (at) est envoyé à l’étape (bi), la totalité de la fraction lourde issue de l’étape (bi) est envoyée dans l’étape (a2), la totalité de l’effluent liquide hydroconverti issu de l’étape (a2) est envoyé dans l’étape (c), et la totalité de la coupe lourde issue de l’étape (c) est envoyée à l’étape (d).
Selon une mise en œuvre de l'invention, le procédé comporte le recyclage (f) de la totalité de la DAO issue de l’étape (d) ou de la totalité de la fraction lourde issue de la deuxième étape de fractionnement (e) à une étape de séparation intermédiaire (by), et de préférence à l’étape de séparation intermédiaire (bi) entre l’étape d’hydroconversion initiale (ai) et l’étape d’hydroconversion supplémentaire (a2) lorsque n est égal à 2 et qu’en outre la totalité de l’effluent liquide issu de l’étape (ai) est envoyé à l’étape (bi), la totalité de la fraction lourde issue de l’étape (b^ est envoyée dans l’étape (a2), la totalité de l’effluent liquide hydroconverti issu de l’étape (a2) est envoyé dans l’étape (c), et la totalité de la coupe lourde issue de l’étape (c) est envoyée à l’étape (d).
Selon une mise en œuvre de l'invention, le procédé ne comporte pas d’étape de séparation intermédiaire (by ) et comporte le recyclage (f) de la totalité de la DAO issue de l’étape (d) à la dernière étape d’hydroconversion supplémentaires (a,·), et de préférence dans l’étape d’hydroconversion supplémentaire (a2) lorsque n est égal à 2 et qu’en outre la totalité de l’effluent liquide issu de l’étape (a^ est envoyé à l’étape (a2), la totalité de l’effluent liquide hydroconverti issu de l’étape (a2) est envoyé dans l’étape (c), et la totalité de la coupe lourde issue de l’étape (c) est envoyée à l’étape (d).
Selon une mise en œuvre de l'invention, le catalyseur d'hydroconversion entraîné dudit au moins un réacteur triphasique de la section d’hydroconversion initiale et de la ou des sections d’hydroconversion supplémentaire(s) comporte un support et une phase active contenant au moins un métal du groupe VIB choisi parmi le molybdène et le tungstène, et de préférence le métal du groupe VIB est le molybdène, ledit métal du groupe VIB étant de préférence en association avec au moins un métal du groupe VIII non-noble choisi parmi le nickel, le cobalt, le ruthénium et le fer, et de préférence le métal du groupe VIII non-noble est le nickel.
Selon une mise en œuvre de l'invention, le catalyseur d'hydroconversion entraîné dudit au moins un réacteur triphasique de la section d’hydroconversion initiale et de la ou des sections d’hydroconversion supplémentaire(s) est obtenu à partir d’un précurseur soluble dans une phase organique, ledit précurseur étant de préférence choisi dans le groupe de composés organométalliques constitué par les naphténates de Mo, de Co, de Fe, de Ni, et des composés multi-carbonyl de Mo, de Co, de Fe, de Ni, et de préférence le précurseur est du naphténate de Mo. D’autres objets et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit du procédé, ainsi que d’exemples de mise en œuvre particuliers de l’invention, donnés à titre d’exemples non limitatifs, la description étant en partie faite en référence aux figures annexées décrites ci-après.
Brève description des figures
La figure 1 est un schéma de principe de mise en œuvre du procédé de conversion selon l’invention.
La figure 2 est un schéma du procédé selon un premier mode de réalisation dans lequel au moins une partie d’une fraction lourde de la DAO est recyclée dans une deuxième section d’hydroconversion.
La figure 3 est un schéma du procédé selon un troisième mode de réalisation dans lequel au moins une partie de la DAO est recyclée dans la section de séparation intermédiaire aux deux sections d’hydroconversion.
La figure 4 est un schéma du procédé selon un deuxième mode de réalisation dans lequel au moins une partie de la DAO est recyclée dans une deuxième section d’hydroconversion.
La figure 5 est un schéma du procédé selon un quatrième mode de réalisation dans lequel au moins une partie de la DAO est recyclée dans une deuxième section d’hydroconversion succédant à une première section d’hydroconversion sans séparation intermédiaire.
Sur les figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou analogues.
Description de l'invention
Le procédé de conversion de charges lourdes d’hydrocarbures selon l’invention intègre une hydroconversion en lit entraîné desdites charges et un désasphaltage d’au moins une partie de l’effluent hydroconverti sous la forme d’une succession d’étapes spécifiques.
Dans la suite de la description, il est fait référence à la figure 1 qui illustre la mise en œuvre générale du procédé de conversion selon l’invention.
Dans la présente invention, il est proposé d'améliorer simultanément le niveau de conversion et la stabilité des effluents liquides par un enchaînement comportant au moins deux étapes d'hydroconversion successives en lit entraîné, pouvant être séparées par une étape de séparation intermédiaire, et au moins une étape de désasphaltage d’une fraction lourde de l’effluent issu de l’hydroconversion, avec un recyclage d'au moins une partie de la DAO en aval de la première étape d'hydroconversion. La DAO est soit recyclée à sa sortie du désasphalteur, soit après avoir subi une étape de fractionnement produisant une fraction lourde de la DAO qui constitue alors la partie de la DAO recyclée. Cette configuration permet d'atteindre une conversion de la charge lourde d’hydrocarbures supérieure à 80%, de préférence supérieure à 90%, et de manière préférée supérieure à 95%, ce niveau de conversion ne pouvant pas toujours être atteint avec une bonne opérabilité en utilisant les procédés classiques qui sont limités par la stabilité des effluents liquides, notamment dans les équipements susceptibles à l’encrassement, tels que les sections de fractionnement.
La conversion nette est définie comme étant le rapport du (débit de résidu dans la charge - le débit du résidu dans le produit) / (débit de résidu dans la charge), pour un même point de coupe charge-produit; typiquement ce point de coupe est entre 450°C et 550°C, et souvent d'environ 540°C; dans cette définition, lerésidu étant la fraction bouillant à partir de ce point de coupe, par exemple, la fraction 540°C+.
Ainsi, il est proposé un procédé de conversion d’une charge lourde d’hydrocarbures, par exemple un pétrole brut ou la fraction lourde d'hydrocarbures issue de la distillation atmosphérique ou sous vide d'un pétrole brut, ladite charge contenant une fraction d'au moins 50% ayant une température d'ébullition d'au moins 300°C, comprenant les étapes successives suivantes : - une étape initiale d’hydroconversion (a^ d'au moins une partie de ladite charge lourde d’hydrocarbures en présence d'hydrogène dans une section d’hydroconversion initiale At, réalisée dans des conditions permettant d'obtenir un effluent liquide à teneur réduite en soufre, en carbone Conradson, en métaux, et en azote ; - (n-1) étape(s) d’hydroconversion supplémentaire(s) (a,·) dans (n-1) section(s) d’hydroconversion supplémentaire(s) A„ en présence d'hydrogène, d’au moins une partie ou la totalité de l’effluent liquide issu de l’étape d’hydroconversion précédente (aM) ou éventuellement d’une fraction lourde issue d’une étape optionnelle de séparation intermédiaire (by) entre deux étapes d’hydroconversion consécutives séparant une partie ou la totalité de l’effluent liquide issu de l’étape d’hydroconversion précédente (aM) pour produire au moins une fraction lourde bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350 °C, les (n-1) étape(s) d’hydroconverson supplémentaire(s) (a,·) étant réalisées de manière à obtenir un effluent liquide hydroconverti à teneur réduite en soufre, en carbone Conradson, en métaux, et en azote ; n étant le nombre total d’étapes d’hydroconversion, avec n supérieur ou égal à 2, /'étant un entier allant de 2 à n et y étant un entier allant de 1 à (n-1), et les sections d’hydroconversion initiale At et supplémentaire(s) A, comportant chacune au moins un réacteur triphasique fonctionnant en lit entraîné contenant au moins un catalyseur d'hydroconversion entraîné ; - une première étape de fractionnement (c) dans une première section de fractionnement C d’une partie ou de la totalité de l'effluent liquide hydroconverti issu de la dernière l'étape d’hydroconversion supplémentaire (an) pour produire au moins une coupe lourde bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, ladite coupe lourde contenant une fraction résiduelle bouillant à une température supérieure ou égale à 540°C ; - une étape de désasphaltage (d) dans un désasphalteur D d’une partie ou de la totalité de ladite coupe lourde issue de l'étape de fractionnement (c), avec au moins un solvant hydrocarboné, pour obtenir une huile désasphaltée DAO et un asphalte résiduel ; - éventuellement une deuxième étape de fractionnement (e) dans une deuxième section de fractionnement E d’une partie ou de la totalité de la DAO issue de l’étape de désasphaltage (d) en au moins une fraction lourde de DAO et une fraction légère de DAO ; - une étape de recyclage (f) d’au moins une partie de la DAO issue de l’étape (d) et/ou d’au moins une partie de la fraction lourde de la DAO issue de l’étape (e) à une étape d’hydroconversion supplémentaire (a,·) et/ou à une étape de séparation intermédiaire (by).
Selon une mise en oeuvre préférée, le procédé selon l'invention contient deux étapes d'hydroconversion, et une étape facultative de séparation intermédiaire entre ces deux étapes d’hydroconversion. Selon cette mise en oeuvre, n est égal à 2, et le procédé comprend alors : - une étape initiale d’hydroconversion (a^ d'au moins une partie de ladite charge lourde d’hydrocarbures en présence d'hydrogène dans une section d’hydroconversion initiale A1; réalisée dans des conditions permettant d'obtenir un effluent liquide à teneur réduite en soufre, en carbone Conradson, en métaux, et en azote ; - une étape d’hydroconversion supplémentaire (a2) dans une section d’hydroconversion supplémentaire A2, en présence d'hydrogène, d’au moins une partie ou la totalité de l’effluent liquide issu de l’étape d’hydroconversion initiale (ar) ou éventuellement d’une fraction lourde issue d’une étape optionnelle de séparation intermédiaire (br) entre les étapes d’hydroconversion initiale (ar) et supplémentaire (a2) séparant une partie ou la totalité de l’effluent liquide issu de l’étape d’hydroconversion initiale (ar) pour produire au moins une fraction lourde bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, l’étape d’hydroconversion supplémentaire (a2) étant réalisées de manière à obtenir un effluent liquide hydroconverti à teneur réduite en soufre, en carbone Conradson, en métaux, et en azote, les sections d’hydroconversion initiale A, et supplémentaire A2 comportant chacune au moins un réacteur triphasique fonctionnant en lit entraîné contenant au moins un catalyseur d'hydroconversion entraîné; - une première étape de fractionnement (c) dans une première section de fractionnement C d’une partie ou de la totalité de l’effluent liquide hydroconverti issu de l’étape d’hydroconversion supplémentaire (a2) pour produire au moins une coupe lourde bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, ladite coupe lourde contenant une fraction résiduelle bouillant à une à une température supérieure ou égale à 540 °C ; - une étape de désasphaltage (d) dans un désasphalteur D d’une partie ou de la totalité de ladite coupe lourde issue de l’étape de fractionnement (c), avec au moins un solvant hydrocarboné, pour obtenir une huile désasphaltée DAO et un asphalte résiduel ; - éventuellement une deuxième étape de fractionnement (e) dans une deuxième section de fractionnement E d’une partie ou de la totalité de la DAO issue de l’étape de désasphaltage (d) en au moins une fraction lourde de DAO et une fraction légère de DAO ; - une étape de recyclage (f) d’au moins une partie de la DAO issue de l’étape (d) et/ou d’au moins une partie de la fraction lourde de la DAO issue de l’étape (e) à une l’étape d’hydroconversion supplémentaire (a2) et/ou à une étape de séparation intermédiaire (br).
La DAO obtenue par le procédé selon l'invention ne contient pas ou très peu d'asphaltènes C7, composés connus pour inhiber la conversion de coupes résiduelles, à la fois par leur aptitude à former des résidus hydrocarbonés lourds, communément appelés coke, et par leur tendance à produire des sédiments qui limitent fortement l'opérabilité des unités d'hydrotraitement et d'hydroconversion. La DAO obtenue par le procédé selon l'invention est également plus aromatique qu’une DAO produite à partir d’une charge pétrolière lourde issue du fractionnement primaire du brut (dite "straight run" selon la terminologie anglo-saxonne) car elle est issue d’un effluent qui a subi préalablement un fort niveau d’hydroconversion.
Le mélange d'au moins une partie de la DAO et de l’effluent issu de la ou des premières sections d’hydroconversion dans le procédé selon l'invention permet d'alimenter la ou les étapes d'hydroconversion postérieures avec une charge ayant une teneur en asphaltènes C7 réduite et une teneur en composés aromatiques plus élevée à la fois par rapport à un procédé comportant une unité d'hydroconversion sans recyclage de la DAO, et par rapport à un procédé comportant une unité d'hydroconversion avec recyclage de la DAO en amont d'une première étape d’hydroconversion ou d’hydrotraitement. De ce fait, il est possible d'imposer des conditions opératoires plus sévères dans le procédé selon l'invention, en particulier dans les étapes d’hydroconversion supplémentaires, et d'atteindre ainsi des niveaux supérieurs en termes de conversion de la charge, tout en limitant la production de sédiments. L'effluent de la dernière étape d'hydroconversion supplémentaire est séparé en plusieurs coupes. Le désasphaltage est ensuite réalisé sur la ou les coupes lourdes produites dans cette étape de séparation. L’utilisation de ces coupes obtenues au plus fort niveau de conversion permet ainsi de minimiser la taille requise pour le désasphalteur et de minimiser de la quantité d’asphalte produite. Selon l’invention, la DAO extraite par désasphaltage est toujours recyclée après l’étape initiale d’hydroconversion, soit à l'entrée d'une des sections de séparation intermédiaires, soit à l’entrée d'une des sections d'hydroconversion supplémentaires, de préférence à l'entrée de la section de la dernière étape d’hydroconversion supplémentaire. Selon ces deux mises en œuvre, la taille des réacteurs des premières sections d’hydroconversion n'est pas impactée, et selon la deuxième mise en œuvre, ni la taille des équipements de séparation intermédiaire ni la taille des réacteurs des étapes préalables d'hydroconversion ne sont impactées. L'injection de la DAO en aval de la section d'hydroconversion initiale permet d’éviter l’hydrogénation préalable de la DAO préservant ainsi son caractère aromatique (caractérisé par la teneur en carbone aromatique mesurée par la méthode ASTM D 5292) qui apporte un gain sur la stabilité des effluents liquides des zones où les plus hauts niveaux de conversion sont atteints. Une opération pour atteindre des taux de conversion plus forts peut donc ainsi être envisagée dans le procédé selon l'invention.
Charge
La charge traitée dans le procédé selon l'invention est une charge lourde d’hydrocarbures contenant une fraction d'au moins 50% ayant une température d'ébullition d'au moins 300°C, de préférence d’au moins 350°C, ède manière encore plus préférée d'au moins 375°C.
Cette charge lourde d’hydrocarbures peut être un pétrole brut, ou provenir du raffinage d’un pétrole brut ou du traitement d’une autre source hydrocarbonée dans une raffinerie.
De préférence, la charge est un pétrole brut ou est constituée de résidus atmosphériques et/ou de résidus sous vide issus de la distillation atmosphérique et/ou sous vide d’un pétrole brut.
La charge lourde d’hydrocarbures peut aussi être constituée de résidus atmosphérique et/ou sous vide issus de la distillation atmosphérique et/ou sous vide d’effluents provenant d’unités de conversion thermique, d’hydrotraitement, d’hydrocraquage et/ou d’hydroconversion.
De manière préférée, la charge est constituée de résidus sous vide. Ces résidus sous vide contiennent généralement une fraction d'au moins 50% ayant une température d'ébullition d'au moins d'au moins 450°C, et le plis souvent d'au moins 500°C, voire d'au moins 540°C. Les résidus sous vide peuvent venir drectement du pétrole brut, soit d’autres unités de raffinage, telles que, entre autres, l’hydrotraitement des résidus, l’hydrocraquage de résidus, et la viscoréduction de résidus. De préférence, les résidus sous vide sont des résidus sous vide issus de la colonne de la distillation sous vide du fractionnement primaire du brut (dit "straight run" selon la terminologie anglo-saxonne).
La charge peut encore être constituée de distillais sous vide, provenant soit directement du pétrole brut, soit de coupes provenant d’autres unités de raffinage, telles que, entre autres, des unités de craquage, comme le craquage catalytique en lit fluide FCC (pour « Fluid Catalytic Cracking >> en anglais) et l’hydrocraquage, et d’unités de conversion thermique, comme les unités de cokéfaction ou les unités de viscoréduction.
Elle peut aussi être constituée de coupes aromatiques extraites d’une unité de production de lubrifiants, d’huiles désasphaltées issues d'une unité de désasphaltage (raffinats de l’unité de désasphaltage), d’asphaltes issus d'une unité de désasphaltage (résidus de l’unité de désasphaltage).
La charge lourde d’hydrocarbures peut également être une fraction résiduelle issue de la liquéfaction directe de charbon (un résidu atmosphérique et/ou un résidu sous vide issu par exemple du procédé H-Coal™), un distillât sous vide issu de la liquéfaction directe de charbon, comme par exemple le procédé H-Coal™, ou encore une fraction résiduelle issue de la liquéfaction directe de la biomasse lignocellulosique seule ou en mélange avec du charbon et/ou une fraction pétrolière.
Toutes ces charges peuvent être utilisées pour constituer la charge lourde d’hydrocarbures traitée selon l’invention, seules ou en mélange.
La charge lourde d’hydrocarbures traitée selon l’invention contient des impuretés, comme des métaux, du soufre, de l’azote, du carbone de Conradson. Elle peut aussi contenir des insolubles à l'heptane, également appelée asphaltènes C7. Les teneurs en métaux peuvent être supérieures ou égales à 20 ppm poids, de préférence supérieures ou égales à 100 ppm poids. La teneur en soufre peut être supérieure ou égale à 0,1%, voire supérieure ou égale à 1%, et peut être supérieure ou égale à 2% poids. Le taux d'asphaltènes C7 (composés insolubles à l'heptane selon la norme NFT60-115 ou la norme ASTM D 6560) s'élève au minimum à 1% et est souvent supérieur ou égal à 3% poids. Les asphaltènes C7 sont des composés connus pour inhiber la conversion de coupes résiduelles, à la fois par leur aptitude à former des résidus hydrocarbonés lourds, communément appelés coke, et par leur tendance à produire des sédiments qui limitent fortement l'opérabilité des unités d'hydrotraitement et d'hydroconversion. La teneur en carbone Conradson peut être supérieure ou égale à 0,5%, voire d'au moins 5% poids. La teneur en carbone Conradson est définie par la norme ASTM D 482 et représente pour l'homme du métier une évaluation bien connue de la quantité de résidus de carbone produit après une pyrolyse sous des conditions standards de température et de pression. Étape initiale d’hydroconversion (a-,)
Conformément à l’invention, la charge lourde d’hydrocarbures est traitée en présence d'hydrogène dans une première étape d’hydroconversion (a^, au sein d’une section d’hydroconversion initiale La section d’hydroconversion initiale comprend un ou plusieurs réacteurs triphasiques fonctionnant en lit entraîné contenant au moins un catalyseur d'hydroconversion entraîné, les réacteurs pouvant être disposés en série et/ou en parallèle.
Ce type de réacteur est bien connu de l’homme du métier.
Un tel réacteur triphasique comporte de préférence un courant ascendant de liquide et de gaz. L’étape d’hydroconversion initiale (ai) est mise en oeuvre dans une section d’hydroconversion initiale comportant un ou plusieurs réacteurs triphasiques d'hydroconversion fonctionnant en lit entraîné, qui peuvent être en série et/ou en parallèle. De nombreux procédés opérant en lit entraîné sont connus, qui diffèrent pour l'essentiel par leurs catalyseurs et leurs conditions opératoires. Les procédés en lit entraîné sont décrit par exemple dans les brevets US 4,299,685 ou US 6,660,158 ou US 7,001,502 ou US 7,223,713 ou US 7,585,406 ou US 7,651,604 ou US 7,691,256 ou US 7,892,416 ou US 8,017,000 ou US 8,105,482 ou US 8,110,090, ou dans l'article de Castaneda et al., "Current situation of emerging technologies for upgrading of heavy oils", paru en 2014 dans Catalysis Today, vol 220-222, pages 248-273, ou dans le chapitre 18 "Catalytic Hydrotreatment and Hydroconversion: Fixed Bed, Moving Bed, Ebullated Bed and Entrained Bed" de l’ouvrage "Heavy Crude Oils: From Geology to Upgrading, An OverView", édité par les Éditions Technip en 2011. Selon l’invention, chaque réacteur triphasique est opéré en lit entraîné. Le lit comporte au moins un catalyseur d’hydroconversion entraîné, c’est-à-dire qui entre dans le réacteur avec la charge et qui est entraîné en dehors du réacteur avec les effluents. Cet entrainement est notamment permis par une densité et une granulométrie adaptées du catalyseur.
La première étape d’hydroconversion (ai) est réalisée dans des conditions permettant d'obtenir un effluent liquide à teneur réduite en soufre, en carbone Conradson, en métaux, et en azote.
Dans cette étape (ai), la charge est de préférence transformée dans des conditions spécifiques d'hydroconversion. L’étape (ai) est opérée de préférence sous une pression absolue comprise entre 2 MPa et 38 MPa, plus préférentiellement entre 5 MPa et 25 MPa et de manière encore plus préférée, entre 6 MPa et 20 MPa, à une température comprise entre 300 °C et 550 °C, plus préférentiellement comprise erbre 350°C et 500°C et d'une manière préférée comprise entre 370 °C et 450 °C. La vitessespatiale horaire (WH) par rapport au volume de chaque réacteur triphasique est de préférence comprise entre 0,05 h'1 et 10 h'1. Selon une mise en œuvre préférée, la WH est comprise entre 0,1 h"1 et 10 h'1, plus préférentiellement entre 0,1 h'1 et 5 h'1 et de manière encore plus préférée comprise entre 0,15 h'1 et 2 h'1. Selon une autre mise en œuvre, la WH est comprise entre 0,05 h-1 et 0,09 h'1. La quantité d'hydrogène mélangée à la charge est de préférence comprise entre 50 et 5000 normaux mètres cube (Nm3) par mètre cube (m3) de charge liquide, de manière préférée entre 100 et 2000 Nm3/m3 et de manière très préférée entre 500 et 1500 Nm3/m3.
Le catalyseur entraîné a une granulométrie et une densité adaptées à son entraînement. On entend par entraînement du catalyseur sa mise en circulation dans le ou les réacteurs triphasiques par les flux liquides, ledit catalyseur entraîné circulant avec la charge dans le(s)dit(s) réacteur(s) triphasique(s), et étant soutiré du ou desdits réacteurs triphasiques avec l'effluent liquide produit. À cause de sa faible taille, qui peut varier entre quelques nanomètres jusqu’à une centaine de micromètres (typiquement de 0,001 pm à 100 pm), le catalyseur entraîné est très bien dispersé dans la charge à convertir, améliorant ainsi fortement les réactions d’hydrogénation et d’hydroconversion dans la totalité d’un réacteur, réduisant considérablement la formation de coke et augmentant considérablement la conversion de la fraction lourde de la charge. Ces catalyseurs sont bien connus de l’homme du métier.
Le catalyseur entraîné peut être formé et activé ex situ, en dehors du réacteur dans des conditions adaptées à l’activation, puis être injecté avec la charge. Le catalyseur entraîné peut également être formé et activé in situ dans les conditions de réaction d’une des étapes d'hydroconversion.
Les catalyseurs entraînés, ou leurs précurseurs, sont injectés avec la charge à convertir à l'entrée des réacteurs. Les catalyseurs traversent les réacteurs avec les charges et les produits en cours de conversion, puis ils sont entraînés avec les produits de réaction hors des réacteurs. Ces catalyseurs existent soit sous forme de poudre (brevet US 4,303,634), ce qui est le cas des catalyseurs entraînés supportés décrits plus bas, soit sous forme de catalyseur dit soluble (brevet US 5,288,681). Dans le réacteur, les catalyseurs entraînés se trouvent sous forme de particules solides dispersées, de colloïdes ou d’espèces moléculaires dissoutes dans la charge, selon la nature du catalyseur. De tels précurseurs et catalyseurs utilisables dans le procédé selon l'invention sont largement décrits dans la littérature.
Les catalyseurs entraînés utilisés peuvent être des poudres de solides hétérogènes (tels que des minerais naturels, du sulfate de fer, etc.), des catalyseurs dispersés issus de précurseurs solubles dans l'eau, tels que l'acide phosphomolybdique, le molybdate d'ammonium, ou un mélange d'oxyde Mo ou Ni avec de l'ammoniaque aqueux, ou issus de précurseurs solubles dans une phase organique. De manière préférée, les catalyseurs utilisés sont issus de précurseurs solubles dans une phase organique. Les précurseurs solubles dans une phase organique sont de préférence choisis dans le groupe de composés organométalliques constitué par les naphténates de Mo, de Co, de Fe, ou de Ni, ou des composés multi-carbonyl de ces métaux, par exemple 2-ethyl hexanoates de Mo ou Ni, acetylacetonates de Mo ou Ni, sels d'acides gras C7-C12 de Mo ou W, etc. De préférence le précurseur est du naphténate de Mo. Les catalyseurs entraînés peuvent être utilisés en présence d'un agent tensio-actif pour améliorer la dispersion des métaux, notamment lorsque le catalyseur est bimétallique.
Selon un mode de réalisation préféré, des catalyseurs dits solubles dans l'huile sont utilisés, et le précurseur est mélangé à une charge carbonée (qui peut être une partie de la charge à traiter, une charge externe, etc.), le mélange est éventuellement séché au moins en partie, puis ou simultanément est sulfuré par addition d'un composé soufré et chauffé. Les préparations de ces catalyseurs sont décrites dans l'art antérieur.
Des additifs peuvent être ajoutés lors de la préparation du catalyseur ou au catalyseur en slurry avant qu'il soit injecté dans le réacteur. Ce sont par exemple un gasoil, un additif aromatique, des particules solides dont la taille est de préférence inférieure à 1mm, etc. Les additifs préférés sont des oxydes minéraux tels que l’alumine, la silice, des oxydes mixtes Al/Si, des catalyseurs usagés supportés (par exemple, sur alumine et/ou silice) contenant au moins un élément du groupe VIII (tel Ni, Co) et/ou au moins un élément du groupe VIB (tel Mo, W). On citera par exemple les catalyseurs décrits dans le brevet US 2008/177124. Du coke, éventuellement prétraité, peut également être utilisé. Ces additifs sont largement décrits dans la littérature.
Le catalyseur entraîné peut avantageusement être obtenu par injection d'au moins un précurseur de phase active directement dans le ou les réacteurs d’hydroconversion et/ou dans la charge préalablement à l'introduction de ladite charge dans le ou les étapes d'hydroconversion. L’ajout de précurseur peut être introduit en continu ou de façon discontinue (en fonction de l’opération, du type de charges traitées, des spécifications produits recherchés et de l’opérabilité). Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le(s) précurseur(s) de catalyseur entraîné est (sont) pré-mélangé(s) à une huile hydrocarbonée composée par exemple d’hydrocarbures dont au moins 50% en poids par rapport au poids total de l’huile hydrocarbonée ont une température d'ébullition comprise entre 180°C et 540 °C, pour former un pré-mélange de précurseur diLié. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le précurseur ou le pré-mélange de précurseur dilué est dispersé dans la charge hydrocarbonée lourde, par exemple par mélange dynamique (par exemple à l’aide d’un rotor, d’un agitateur, etc.), par mélange statique (par exemple à l’aide d’un injecteur, par gavage, via un mélangeur statique, etc.), ou uniquement additionné à la charge pour obtenir un mélange. Toutes les techniques de mélange et d’agitation connues de l’homme du métier peuvent être utilisées pour disperser le précurseur ou le mélange de précurseurs dilué dans la charge d’une ou de plusieurs étapes d’hydroconversion.
Le ou lesdits précurseur(s) de phase active du catalyseur non supporté peut ou peuvent être sous forme liquide tels que par exemple des précurseurs de métaux solubles dans des milieux organiques, comme par exemple des octoates de molybdène et/ou des naphténates de molybdène, ou des composés aquasolubles, comme par exemple des acides phosphomolybdiques et/ou des heptamolybdates d’ammonium.
Selon un mode de réalisation, ledit catalyseur entraîné peut-être supporté, c’est-à-dire comporter un support pour la phase active. Dans ce cas, le catalyseur supporté peut avantageusement être obtenu : - par broyage d’un catalyseur supporté d'hydroconversion, frais ou usé ou par broyage d'un mélange des catalyseurs frais et usé, ou - par imprégnation d'au moins un précurseur de phase active sur un support présentant une granulométrie adaptée à son entraînement et de préférence une taille comprise entre 0,001 pm et 100 pm.
Ledit catalyseur entraîné supporté comporte de préférence un support, tel que de la silice, de l'alumine, de la silice-alumine, du dioxyde de titane, des argiles, du carbone, du charbon, du coke, du noir de carbone, de la lignite, ou des combinaisons de ces structures, et de manière très préférée de l'alumine.
La phase active dudit catalyseur entraîné supporté contient un ou plusieurs éléments des groupes 4 à 12 du tableau périodique des éléments, qui peuvent être déposé sur un support ou pas. La phase active dudit catalyseur entraîné contient avantageusement au moins un métal du groupe VIB choisi parmi le molybdène et le tungstène, et de préférence le métal du groupe VIB est le molybdène. Ledit métal du groupe VIB est de préférence en association avec au moins un métal du groupe VIII non-noble choisi parmi le nickel, le cobalt, le fer, le ruthénium et de préférence le nickel.
Dans la présente description, les groupes d'éléments chimiques sont donnés selon la classification CAS (CRC Handbook of Chemistry and Physics, éditeur CRC press, rédacteur en chef D.R. Lide, 81ème édition, 2000-2001). Par exemple, les métaux du groupe VIII selon la classification CAS correspondent aux métaux des colonnes 8, 9 et 10 selon la nouvelle classification IUPAC.
Dans le cas des catalyseurs entraînés supportés la teneur en métal du groupe VIII non-noble, en particulier en nickel, est avantageusement comprise entre 0,5% à 10% exprimée en poids d'oxyde de métal (en particulier de NiO), et de préférence entre 1 % à 6 % poids,. La teneur en métal du groupe VIB, en particulier en molybdène, est avantageusement comprise entre 1 % et 30 % exprimée en poids d’oxyde du métal (en particulier de trioxyde de molybdène Mo03), et de préférence entre 4 % et 20 % poids. Les teneurs en métaux sont exprimées en pourcentage poids d'oxyde de métal par rapport au poids du catalyseur supporté entraîné. De manière avantageuse, le catalyseur entraîné supporté peut renfermer en outre au moins un élément dopant choisi parmi le phosphore, le bore et les halogènes (groupe VIIA ou groupe 17 de la nouvelle notation de la table périodique des éléments), de préférence le phosphore.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la concentration du catalyseur entraîné est comprise entre 10 et 10000 ppm en poids de métal actif par rapport à la charge hydrocarbonée lourde en entrée du réacteur, de préférence entre 50 et 6000 ppm en poids, de manière préférée entre 100 et 1000 ppm en poids, de manière particulièrement préférée entre 100 et 800 ppm en poids.
Dans une des mises en œuvre du procédé selon l'invention, il est utilisé plusieurs types de catalyseurs entraînés dans chaque réacteur.
Dans une des mises en œuvre du procédé selon l'invention, chaque réacteur contient un ou plusieurs catalyseurs entraînés adaptés à un fonctionnement en lit entraîné.
Dans une des mises en œuvre du procédé selon l'invention, le catalyseur entraîné ou les catalyseurs entraînés sont, en partie ou en totalité, des catalyseurs recyclés. En effet, afin de limiter la consommation de catalyseur entraîné frais, le catalyseur entraîné usagé peut être récupéré dans la section de fractionnement et peut être réinjecté dans une ou plusieurs sections d’hydroconversion en lit entraîné. Généralement, au lieu de recycler directement le catalyseur dans un réacteur à lit entraîné, il subit une ou plusieurs séparations et éventuellement un ou plusieurs traitements, tels que par exemple une combustion, un lavage au solvant, une gazéification ou toute autre technique de séparation, ou une combinaison de ces étapes, afin de récupérer des particules contenant le catalyseur entraîné. Elles peuvent alors être au moins en partie recyclées directement à une étape d’hydroconversion ou être en partie ou en totalité retraitées avant d'être recyclées vers la préparation du catalyseur.
La section d’hydroconversion initiale A, peut également recevoir, en plus de la charge lourde d’hydrocarbures, au moins l’un des effluents suivant : - une ou plusieurs charges d’hydrocarbures externes (dans le sens externes au procédé selon l’invention et différentes de la charge initiale), de préférence des coupes d’hydrocarbures externes au procédé, telles que des distillais atmosphériques, des distillais sous vide, des résidus atmosphériques, ou des résidus sous vide ; - une partie de la fraction lourde issue d'une ou plusieurs étapes de séparation intermédiaires (by) réalisées entre deux étapes d’hydroconversion supplémentaires consécutives (ai), ces étapes (ai) et (by) étant décrites plus bas ; - une partie ou de la totalité d’une ou plusieurs fractions intermédiaires issue d'une ou plusieurs étapes de séparation intermédiaires (by) réalisées entre deux étapes d’hydroconversion supplémentaires consécutives (ai) ; - une partie de l'effluent d'une ou plusieurs étapes d'hydroconversion supplémentaires (ai) ; - une partie de la coupe lourde et/ou d’une ou de plusieurs des coupes intermédiaires et/ou d’une ou de plusieurs des coupes légères issues de la première étape de fractionnement (c) du procédé selon l'invention ; - une partie ou la totalité de l'asphalte résiduel produit dans le désasphalteur D à l’étape de désasphaltage (d) ; - une partie ou la totalité de la fraction légère de la DAO produite dans la deuxième étape de fractionnement (e) du procédé selon l'invention. Étape de séparation intermédiaire (b·,) - optionnelle L'effluent liquide issu de l’étape initiale d'hydroconversion (ai) peut ensuite subir une étape de séparation intermédiaire (bj) dans une section de séparation intermédiaire (B,), réalisée entre l’étape initiale d'hydroconversion (ai) et une étape d’hydroconversion supplémentaire suivant l’étape initiale d’hydroconversion. Cette étape d’hydroconversion supplémentaire est décrite plus bas. Selon l’invention, cette étape de séparation intermédiaire (b,) est préférée, mais elle reste facultative. En effet, l’effluent liquide issu de l’étape initiale d’hydroconversion (a^ peut alternativement être envoyé directement à l’étape d’hydroconversion supplémentaire.
De manière préférée, au moins une partie de l'effluent liquide issu de l’étape initiale d'hydroconversion (a^ est envoyée à l’étape de séparation intermédiaire (b,). L’étape de séparation intermédiaire (bj) sépare une partie ou la totalité de l'effluent liquide issu de l’étape initiale d'hydroconversion (ai) pour produire au moins une fraction liquide dite lourde bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C.
Cette première étape de séparation intermédiaire produit donc au moins deux fractions dont la fraction liquide lourde telle que décrite ci-dessus, la ou les autres coupes étant des coupes légère et intermédiaire(s).
La fraction légère ainsi séparée contient les gaz légers dissous (H2 et CrC4), le naphta (fraction bouillant à une température inférieure à 150°C), le kérosène (fraction bouillant entre 150°C et 250°C), et au moins une pætie du gazole (fraction bouillant entre 250°C et 375°C).
La fraction légère peut ensuite être envoyée au moins en partie à une unité de fractionnement (non représenté dans les figures) où les gaz légers (H2 et C1-C4) sont extraits de ladite fraction légère, par exemple par passage dans un ballon de flash. L'hydrogène gazeux ainsi récupéré peut être avantageusement recyclé à l'entrée de l’étape initiale d'hydroconversion (a^. L’unité de fractionnement où peut être envoyée la fraction légère peut également comprendre une colonne de distillation. Dans ce cas, les fractions naphta, kérosène et gazole de la fraction légère envoyée dans ladite colonne sont séparées.
La fraction liquide lourde issue de l’étape de séparation intermédiaire (bT), bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, contient au moins une fraction bouillant à une température supérieure ou égale à 540°C, appelée résidu sous vide (qui est la fraction non convertie). La fraction liquide lourde issue de l’étape de séparation intermédiaire (bi), bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, peut également contenir une fraction bouillant entre 375 et 540°C, appelée distillât sous vide. Elle peut éventuellement aussi contenir une partie de la fraction gazole bouillant entre 250 et 375 °C.
Cette fraction liquide lourde est ensuite envoyée en totalité ou en partie vers une deuxième étape d'hydroconversion (a2), tel que décrit plus bas. L’étape de séparation intermédiaire (b,) peut donc séparer l'effluent liquide issu de l’étape initiale d'hydroconversion (a^ en plus de deux fractions liquides, selon les moyens de séparation mis en œuvre.
La section de séparation intermédiaire (B,) comprend tout moyen de séparation connu par l'homme du métier.
La section de séparation intermédiaire (B,) peut ainsi comprendre un ou plusieurs équipements de séparation suivants : un ou plusieurs ballons de flash disposés en série, une ou plusieurs colonnes de stripage à la vapeur et/ou à l'hydrogène, une colonne de distillation atmosphérique, une colonne de distillation sous vide.
De préférence, cette étape de séparation intermédiaire (bj) est réalisée par un ou plusieurs ballons de flash disposés en série.
Selon une mise en œuvre préférée, l’étape de séparation intermédiaire (bj) est réalisée par un seul ballon de flash. De manière préférée, le ballon de flash est à une pression et une température proches des conditions opératoires du dernier réacteur de l’étape initiale d'hydroconversion (a^. Cette mise en œuvre est préférée notamment car elle permet de réduire le nombre équipement et donc le coût d’investissement.
Selon une autre mise en œuvre, l’étape de séparation intermédiaire (b,) est réalisée par un enchaînement de plusieurs ballons de flash, opérant à des conditions opératoires différentes de celles du dernier réacteur de l’étape initiale d'hydroconversion (a^, et conduisant à l’obtention d’au moins la fraction liquide légère, qui peut ensuite être envoyée au moins en partie à une unité de fractionnement, et d’au moins la fraction liquide lourde, qui est ensuite envoyée au moins en partie vers une deuxième étape d’hydroconversion (a2).
Dans une autre mise en œuvre, l’étape de séparation intermédiaire (bj) est réalisée par une ou plusieurs colonnes de stripage à la vapeur et/ou à l'hydrogène. Par ce moyen, l'effluent issu de l’étape initiale d'hydroconversion (ai) est séparé en au moins la fraction liquide légère et au moins la fraction liquide lourde. La fraction liquide lourde est ensuite envoyée au moins en partie vers une deuxième étape d’hydroconversion (a2).
Dans une autre mise en œuvre; l’étape de séparation intermédiaire (bj) est réalisée dans une colonne de distillation atmosphérique séparant l'effluent liquide issu de l’étape initiale d'hydroconversion (ai). La fraction liquide lourde récupérée de la colonne de distillation atmosphérique est ensuite envoyée au moins en partie vers une deuxième étape d’hydroconversion (a2).
Dans une autre mise en œuvre; l’étape de séparation intermédiaire (b,) est réalisée par une colonne de distillation atmosphérique séparant l'effluent liquide issu de la l’étape initiale d'hydroconversion (a^, et par une colonne de distillation sous vide recevant le résidu de la colonne de distillation atmosphérique et produisant la fraction liquide lourde qui est ensuite envoyée au moins en partie vers une deuxième étape d’hydroconversion (a2). L’étape de séparation intermédiaire (bj) peut également être constituée d'une combinaison des différentes mises en œuvre décrites ci-dessus, dans un ordre différent de celui décrit ci-dessus.
Optionnellement, avant d'être envoyée vers une deuxième étape d’hydroconversion (a2) selon l'invention, la fraction liquide lourde peut être soumise à une étape de stripage à la vapeur et/ou à l'hydrogène à l'aide d'une ou plusieurs colonnes de stripage, afin d’éliminer de la fraction lourde les composés ayant un point d’ébullition inférieur à 540°C.
La section de séparation intermédiaire (B,) peut également recevoir, en plus d'une partie ou de la totalité de l'effluent liquide issu de l’étape initiale d'hydroconversion (a^, au moins l’un des effluents suivant : - une partie de la charge lourde hydrocarbonée envoyée à l’étape d'hydroconversion (bypass); - une ou plusieurs charges d’hydrocarbures externes, de préférence des coupes d’hydrocarbures externes au procédé, telles que des distillais atmosphériques, des distillais sous vide, des résidus atmosphériques, des résidus sous vide ; - une partie de la fraction lourde issue d'une ou plusieurs étapes de séparation intermédiaires (By) réalisées entre deux étapes d’hydroconversion supplémentaires consécutives (ai), postérieures à l’étape (ai), comme détaillé plus loin ; - une partie ou de la totalité d’une ou plusieurs fractions intermédiaires issue d'une ou plusieurs étapes de séparation intermédiaires (by) réalisées entre deux étapes d’hydroconversion supplémentaires consécutives (ai) ; - une partie de l'effluent liquide d'une ou plusieurs étapes d'hydroconversion supplémentaires (ai) décrites plus loin ; - une partie de la coupe lourde et/ou d’une ou de plusieurs des coupes intermédiaires et/ou d’une ou de plusieurs des coupes légères issues de la première étape de fractionnement (c) détaillé plus bas ; - une partie ou la totalité de la DAO produite dans le désasphalteur (D) à l’étape de désasphaltage (d) ; - une partie ou la totalité de la fraction lourde de la DAO produite dans la deuxième étape de fractionnement (e) ; - une partie ou la totalité de la fraction légère de la DAO produite dans la deuxième étape de fractionnement (e).
Dans ce cas, l’effluent supplémentaire peut être envoyé à l’entrée de la section de séparation intermédiaire, ou entre deux équipements différents de la section de séparation intermédiaire, par exemple entre les ballons de flash, les colonnes de stripage et/ou les colonnes de distillation. Étape(s) d’hydroconversion supplémentaire(s) (ai) et étape(s) optionnelle(s) de de séparation intermédiaire (bj)
Conformément à l’invention, une partie ou la totalité de l’effluent issu de l’étape initiale d’hydroconversion (ai), ou de manière préférée une partie ou la totalité de la fraction lourde issue de l’étape de séparation intermédiaire (bj), est traitée en présence d'hydrogène dans une étape d’hydroconversion supplémentaire (a2) réalisée dans une section d’hydroconversion supplémentaire A2, qui suit l’étape initiale d’hydroconversion (a^ ou éventuellement l’étape de séparation intermédiaire (b,).
Le procédé selon l’invention peut comprendre plus d’une étape d’hydroconversion supplémentaire (a,·), ainsi que plus d’une étape de séparation intermédiaire (by) entre deux étapes d’hydroconversion supplémentaires (a,·) consécutives.
Ainsi, le procédé selon l’invention comprend (n-1) étape(s) d’hydroconversion supplémentaire(s) (a/) dans (n-1) section(s) d’hydroconversion supplémentaire(s) (A,), en présence d'hydrogène, d’au moins une partie ou la totalité de l’effluent liquide issu de l’étape d’hydroconversion précédente (a^) ou éventuellement d’une fraction lourde issue de l’étape optionnelle de séparation intermédiaire (by) entre deux étapes d’hydroconversion consécutives séparant une partie ou la totalité de l’effluent liquide issu de l’étape d’hydroconversion précédente (aM) pour produire au moins une fraction lourde bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, les (n-1) étape(s) d’hydroconversion supplémentaire(s) (ai) étant réalisées de manière à obtenir un effluent liquide hydroconverti à teneur réduite en soufre, en carbone Conradson, en métaux, et en azote. n est le nombre total d’étapes d’hydroconversion, avec n supérieur ou égal à 2. /'et y sont des indices, /'est un entier allant de 2 à n et /étant un entier allant de 1 à (n-1).
La ou les sections d’hydroconversion supplémentaire(s) A, comportent chacune au moins un réacteur triphasique fonctionnant en lit entraîné contenant au moins un catalyseur d'hydroconversion entraîné, comme décrit pour la section d’hydroconversion initiale A,. L’étape d’hydroconversion initiale et la ou les étapes d’hydroconversion supplémentaire(s) sont des étapes séparées, réalisées dans des sections d’hydroconversion différentes.
Les (n-1) étape(s) d’hydroconversion supplémentaire(s) (a,·) sont mises en oeuvre de manière similaire à ce qui a été décrit pour l’étape initiale d’hydroconversion, et leur description n’est donc pas répétée ici. Cela vaut pour notamment pour les conditions opératoires, les équipements mis en oeuvre, les catalyseurs d’hydroconversion entraînés utilisés, à l’exception des précisions données ci-dessous.
Comme pour l’étape d’hydroconversion initiale (a,), les (n-1) étape(s) d’hydroconversion supplémentaire(s) (a,·) sont avantageusement mise en oeuvre dans des sections d’hydroconversion initiale (A^ comportant un ou plusieurs réacteurs triphasiques d'hydroconversion fonctionnant en lit entraîné, qui peuvent être en série et/ou en parallèle, comme décrit plus haut pour l’étape d’hydroconversion initiale (a,).
Dans ces étapes d’hydroconversion supplémentaires, les conditions opératoires peuvent être plus sévères que dans l’étape initiale d’hydroconversion, notamment en utilisant une température réactionnelle plus importante, restant dans la gamme comprise entre 300°C et 550 °C, de préférence entre 350 °C et 500 °C, et dîne manière plus préférée entre 370 °C et 450 °C, ou bien en diminuant la quantité d’hydrogène introduite dans le réacteur, restant dans la gamme comprise entre 50 et 5000 Nm3/m3 de charge liquide, de préférence entre 100 et 2000 Nm3/m3, et d’une manière encore plus préférée entre 500 et 1500 Nm3/m3. Les autres paramètres de pression et de WH sont dans des gammes identiques à celles décrites pour l’étape initiale d’hydroconversion.
Le catalyseur entraîné utilisé dans le ou les réacteurs d'une étape d'hydroconversion supplémentaire peut être le même que celui mis en oeuvre dans le ou les réacteurs de l’étape initiale d'hydroconversion, ou peut également être un catalyseur entraîné plus adapté à l'hydroconversion de coupes résiduelles contenant une DAO. Dans ce cas, le catalyseur entraîné peut avoir une porosité du support ou contenir des teneurs en métaux, adaptées à l’hydroconversion de charges contenant des coupes de DAO.
Les autres étapes de séparation intermédiaire (by) pouvant être réalisées chacune entre deux étapes d’hydroconversion supplémentaire(s) (A,·) consécutives sont également mises en oeuvre de manière similaire à ce qui a été décrit pour l’étape de séparation intermédiaire (b,), et la description de ces étapes (by) n’est donc pas répétée ici.
Dans une mise en œuvre préférée, le procédé selon l’invention comprend toujours une étape de séparation intermédiaire (by) entre deux étapes d’hydroconversion supplémentaire(s) {al) consécutives. Selon une mise en œuvre alternative, l’effluent issu d’une étape d’hydroconversion supplémentaire (a,·) est directement envoyé dans une autre étape d’hydroconversion supplémentaire (a,-+J) à la suite de l’étape (a,·).
Selon une mise en œuvre préférée, le procédé comprend une seule étape d’hydroconversion supplémentaire (a2), et d’une étape de séparation intermédiaire (bj). En référence aux figures en particulier, il s’agit du cas où n est égal à 2, avec / prenant l’unique valeur de 2 et / l’unique valeur de 1.
Conformément à l’invention, au moins une partie de la DAO issue de l’étape de désasphaltage (d) détaillée plus loin, et/ou au moins une partie de la fraction lourde de la DAO issue d’une deuxième étape de fractionnement (e) également détaillée plus loin, est recyclée en étant envoyée à une étape d’hydroconversion supplémentaire (a,·) et/ou à une étape de séparation intermédiaire (by). Le procédé selon l’invention exclut ainsi un recyclage de la DAO ou d’une fraction lourde de la DAO à l’étape initiale d’hydroconversion.
La DAO ou la fraction lourde de la DAO ainsi recyclée peut alors être co-traitée dans une section d’hydroconversion supplémentaire A,- avec au moins une partie de l’effluent provenant de l’étape initiale d’hydroconversion (aj) ou d’une étape d’hydroconversion supplémentaire (a,·), ou de manière plus préférée co-traitée avec au moins une partie de la fraction lourde issue d’une étape de séparation intermédiaire (by).
Chaque section d’hydroconversion supplémentaire A, peut également recevoir, en plus de l'effluent issu de l’étape initiale d'hydroconversion ou d’une étape d’hydroconversion supplémentaire précédente (a^) ou encore, de manière préférée, en plus de la fraction lourde issu d’une étape de séparation intermédiaire (by), au moins l’un des effluents suivant : - une partie de la charge lourde hydrocarbonée envoyée à l’étape initiale d'hydroconversion (bypass) ; - une ou plusieurs charges d’hydrocarbures externes, de préférence des coupes d’hydrocarbures externes au procédé, telles que des distillais atmosphériques, des distillais sous vide, des résidus atmosphériques, ou des résidus sous vide ; - une partie de la fraction lourde issue d'une ou plusieurs étapes de séparation intermédiaires (By) ultérieures réalisées entre deux étapes d’hydroconversion supplémentaires consécutives (ai) ; - une partie ou de la totalité d’une ou plusieurs fractions intermédiaires issue d'une ou plusieurs étapes de séparation intermédiaires (by) ultérieures réalisées entre deux étapes d’hydroconversion supplémentaires consécutives (ai) ; - une partie de l'effluent d'une ou plusieurs étapes d'hydroconversion d'hydroconversion supplémentaires ultérieure (a^) ; - une partie de la coupe lourde et/ou d’une ou de plusieurs des coupes intermédiaires et/ou d’une ou de plusieurs des coupes légères issues de la première étape de fractionnement (c) du procédé selon l'invention ; - une partie ou la totalité de la DAO produite dans le désasphalteur (D) à l’étape de désasphaltage (d) ; - une partie ou la totalité de la fraction lourde de la DAO produite dans la deuxième étape de fractionnement (e) du procédé selon l'invention ; - une partie ou la totalité de la fraction légère de la DAO produite dans la deuxième étape de fractionnement (e) ; - une partie ou la totalité de l'asphalte résiduel produit dans le désasphalteur (D) à l’étape de désasphaltage (d).
Chaque section de séparation intermédiaire By peut également recevoir, en plus d’une partie ou de la totalité de l'effluent liquide hydroconverti issu de l’étape initiale d'hydroconversion (ai) ou d’une étape d’hydroconversion supplémentaire précédente (aM), au moins l’un des effluents suivant : - une partie de la charge lourde hydrocarbonée envoyée à l’étape d'hydroconversion (bypass) ; - une ou plusieurs charges d’hydrocarbures externes, de préférence des coupes d’hydrocarbures externes au procédé, telles que des distillais atmosphériques, des distillais sous vide, des résidus atmosphériques, des résidus sous vide ; - une partie de la fraction lourde issue d'une ou plusieurs étapes de séparation intermédiaires (By) ultérieures réalisées entre deux étapes d’hydroconversion supplémentaires consécutives (ai) ; - une partie ou de la totalité d’une ou plusieurs fractions intermédiaires issue d'une ou plusieurs étapes de séparation intermédiaires (by) ultérieures réalisées entre deux étapes d’hydroconversion supplémentaires consécutives (ai) ; - une partie de l'effluent liquide d'une ou plusieurs étapes d'hydroconversion supplémentaires (ai) ultérieures ; - une partie de la coupe lourde et/ou d’une ou de plusieurs des coupes intermédiaires et/ou d’une ou de plusieurs des coupes légères issues de la première étape de fractionnement (c) ; - une partie ou la totalité de la DAO produite dans le désasphalteur D à l’étape de désasphaltage (d) ; - une partie ou la totalité de la fraction lourde de la DAO produite dans la deuxième étape de fractionnement (e) ; - une partie ou la totalité de la fraction légère de la DAO produite dans la deuxième étape de fractionnement (e).
Dans ce cas, l’effluent supplémentaire peut être envoyé à l’entrée de la section de séparation intermédiaire By, ou entre deux équipements différents de la section de séparation intermédiaire By, par exemple entre les ballons de flash, les colonnes de strippage et/ou les colonnes de distillation.
Première étape de fractionnement (c) L'effluent liquide hydroconverti issu de la dernière étape d'hydroconversion supplémentaire (an) subit ensuite au moins en partie une étape de fractionnement (c) dans une première section de fractionnement C.
Cette première étape de fractionnement (c) sépare une partie ou la totalité de l’effluent issu de l’étape (an) en plusieurs fractions dont au moins une coupe liquide lourde bouillant majoritairement à une température supérieure à 350°C, de préférence supérieure à 500°C et de manière préférée supérieure à 540°C. Lacoupe liquide lourde contient une fraction bouillant à une température supérieure à 540°C, appelée résidu sous vide (qui est la fraction non convertie). Elle peut contenir une partie de la fraction gazole bouillant entre 250 et 375°C et une fraction bouillant entre 375 et 540°C appelé distillât sous vide.
Cette première étape de fractionnement produit donc au moins deux fractions dont la fraction liquide lourde telle que décrite ci-dessus, la ou les autres coupes étant des coupes légère et intermédiaire(s).
La première section de fractionnement C comprend tout moyen de séparation connu par l'homme du métier.
La première section de fractionnement C peut ainsi comprendre un ou plusieurs équipements de séparation suivants : un ou plusieurs ballons de flash disposés en série, et de préférence un enchaînement d'au moins deux ballons de flash successifs, une ou plusieurs colonnes de strippage à la vapeur et/ou à l'hydrogène, une colonne de distillation atmosphérique, une colonne de distillation sous vide.
Selon une mise en œuvre, cette première étape de fractionnement (c) est réalisée par un enchaînement d'au moins deux ballons de flash successifs.
Selon une autre mise en œuvre, cette première étape de fractionnement (c) est réalisée par une ou plusieurs colonnes de stripage à la vapeur et/ou à l'hydrogène.
Selon une autre mise en œuvre préférée, cette première étape de fractionnement (c) est réalisée par une colonne de distillation atmosphérique, et plus préférentiellement par une colonne de distillation atmosphérique et une colonne sous vide recevant le résidu atmosphérique.
Selon la mise en œuvre la plus préférée, cette première étape de fractionnement (c) est réalisée par un ou plusieurs ballons de flash, une colonne de distillation atmosphérique et une colonne sous vide recevant le résidu atmosphérique. Cette configuration permet de réduire la taille du désasphalteur en aval, minimisant ainsi les coûts d’investissement et les coûts opératoires.
La première section de fractionnement C peut également recevoir, en plus d'une partie ou de la totalité de l'effluent liquide hydroconverti issu de la dernière étape d'hydroconversion supplémentaire (an), au moins l’un des effluents suivant : - une partie de la charge lourde hydrocarbonée envoyée à l’étape d'hydroconversion (bypass); - une ou plusieurs charges d’hydrocarbures externes, de préférence des coupes d’hydrocarbures externes au procédé, telles que des distillais atmosphériques, des distillais sous vide, des résidus atmosphériques, des résidus sous vide ; - une partie de la fraction lourde issue d'une ou plusieurs étapes de séparation intermédiaires By réalisées entre deux étapes d’hydroconversion supplémentaires consécutives (a^ ; - une partie de l'effluent liquide d'une ou plusieurs étapes d'hydroconversion supplémentaires (¾) ; - une partie d’une ou de plusieurs des coupes intermédiaires issues de la première étape de fractionnement (c) ; - une partie de la DAO produite dans le désasphalteur D à l’étape de désasphaltage (d) ; - une partie de la fraction lourde de la DAO produite dans la deuxième étape de fractionnement (e) ; - une partie ou la totalité de la fraction légère de la DAO produite dans la deuxième étape de fractionnement (e).
Dans ce cas, l’effluent supplémentaire peut être envoyé à l’entrée de la section de séparation intermédiaire, ou entre deux équipements différents de la section de séparation intermédiaire, par exemple entre les ballons de flash, les colonnes de stripage et/ou les colonnes de distillation. Étape de désasphaltage (d)
La coupe lourde issue de la première étape de fractionnement (c) subit ensuite conformément au procédé selon l'invention en partie ou en totalité une étape de désasphaltage (d) dans un désasphalteur D, avec au moins un solvant hydrocarboné, pour extraire une DAO et un asphalte résiduel.
Le désasphalteur D peut également recevoir au moins l’un des effluents suivant : - une partie de la charge lourde hydrocarbonée envoyée à l’étape d'hydroconversion (bypass) ; - une ou plusieurs charges d’hydrocarbures externes de préférence des coupes d’hydrocarbures externes au procédé, telles que des distillais atmosphériques, des distillats sous vide, des résidus atmosphériques, des résidus sous vide ; - une partie de la fraction lourde issue d'une ou plusieurs étapes de séparation intermédiaires (by) réalisées entre deux étapes d’hydroconversion supplémentaires consécutives (ai) (non représenté à la figure 1) ; - une partie de l'effluent liquide de l’étape initiale d’hydroconversion (ai) ou d'une ou plusieurs étapes d'hydroconversion supplémentaires (ai) (non représenté à la figure 1) ; L'étape de désasphaltage (d) à l’aide d’un solvant (ou SDA pour Solvent DeAsphalting en anglais) est effectuée dans des conditions bien connues de l'homme de métier. On peut ainsi se référer à l'article de Billon et autres publié en 1994 dans le volume 49, N°5 de la Revue de l'Institut Français du Pétrde, page 495 à 507, au livre "Raffinage et conversion des produits lourds du pétrole" de J F Le Page, SG Chatila et M Davidson, Edition Technip, page 17 - 32 ou aux brevets US 4,239,616; US 4,354,922; US 4,354,928; US 4,440,633; US 4,536,283; et US 4,715,946.
Le désasphaltage peut être réalisé dans un ou plusieurs mélangeurs-décanteurs ou dans une ou plusieurs colonnes d'extraction. Le désasphalteur D comprend ainsi au moins un mélangeur-décanteur ou au moins une colonne d'extraction.
Le désasphaltage est une extraction liquide-liquide généralement effectué à une température moyenne comprise entre 60°C et 250°C aœc au moins un solvant hydrocarboné. Les solvants utilisés pour le désasphaltage sont des solvants à faible point d'ébullition, de préférence des solvants paraffiniques, et de manière préférée plus lourds que le propane, et de préférence ayant de 3 à 7 atomes de carbone. Les solvants préférés comprennent le propane, le butane, l'isobutane, le pentane, l'isopentane, le neopentane, l'hexane, des isohexanes, des hydrocarbures en C6, l'heptane, des hydrocarbures en C7, des essences légères plus ou moins apolaires, ainsi que les mélanges obtenus à partir des solvants précités. De préférence, le solvant est le butane, le pentane ou l'hexane, ainsi que leurs mélanges. Le ou les solvants sont éventuellement additionnés d'au moins un additif. Les solvants utilisables et les additifs sont largement décrits dans la littérature. Les ratios solvant/charge (volume/volume) entrant dans le désasphalteur D sont généralement compris entre 3/1 et 16/1, et de préférence entre 4/1 et 8/1. Il est également possible et avantageux d'effectuer la récupération du solvant selon le procédé opticritique c'est-à-dire en utilisant un solvant dans des conditions supercritiques dans la section de séparation. Ce procédé permet en particulier d'améliorer notablement l'économie globale du procédé.
Dans le cadre de la présente invention, on préfère mettre en œuvre une technique utilisant au moins une colonne d'extraction et de préférence une seule (par ex. le procédé Solvahl™). Avantageusement, tel que dans le procédé Solvahl™ avec une colonne d'extraction unique, les ratios solvant/charge (volume/volume) entrant dans le désasphalteur D sont faibles, typiquement compris entre 4/1 et 8/1, voire entre 4/1 et 6/1.
Selon une mise en œuvre préférée, on opère le désasphaltage dans une colonne d’extraction à une température comprise entre 60°Cet 250°C avec au moins un solvant hydrocarboné ayant de 3 à 7 atomes de carbone, et un ratio solvant/charge (volume/volume) compris entre 4/1 et 6/1.
Le désasphalteur D produit une DAO pratiquement exempte d'asphaltènes C7 et un asphalte résiduel concentrant la majeure partie des impuretés du résidu, ledit asphalte résiduel étant soutiré.
Le rendement en DAO est généralement compris entre 40% poids et 95% poids selon les conditions opératoires et le solvant utilisés, et selon la charge envoyée au désasphalteur D et notamment la qualité de la coupe liquide lourde issue de la première étape de fractionnement (c).
Le tableau 1 suivant donne les gammes des conditions opératoires typiques pour le désasphaltage en fonction du solvant :
tableau 1
Les conditions du désasphaltage sont adaptées à la qualité de la DAO à extraire et à la charge entrant dans le désasphalteur (D).
Ces conditions permettent un abaissement important de la teneur en soufre, en carbone Conradson et de la teneur en asphaltènes C7.
La DAO obtenue présente avantageusement une teneur en asphaltènes C7 inférieure à 2% poids en général, de préférence inférieure à 0,5% poids, de manière préférée inférieure à 0,05% poids mesurée en C7 insolubles.
Conformément à l’invention, la DAO ainsi produite est soit envoyée à une deuxième étape de fractionnement (e) du procédé selon l'invention, soit recyclée au moins en partie à une ou plusieurs des étapes de séparation intermédiaires (bj) et/ou directement à l'entrée d'une ou plusieurs étapes d’hydroconversion supplémentaires (ai), et de manière plus préférée à l'entrée de la dernière étape d'hydroconversion supplémentaire (an).
Deuxième étape de fractionnement (e) - optionnelle
La DAO issue de l’étape de désasphaltage (d) peut subir, au moins en partie, un deuxième fractionnement dans une deuxième section de fractionnement E, afin de produire au moins deux fractions.
De manière préférée, une partie ou de la totalité de la DAO issue de l’étape de désasphaltage (d) est envoyée à cette deuxième étape de fractionnement (e).
La deuxième section de fractionnement E comprend tout moyen de séparation connu par l'homme du métier.
La deuxième section de fractionnement E peut ainsi comprendre un ou plusieurs équipements de séparation suivants : un ou plusieurs ballons de flash disposés en série, et de préférence un enchaînement d'au moins deux ballons de flash successifs, une ou plusieurs colonnes de stripage à la vapeur et/ou à l'hydrogène, une colonne de distillation atmosphérique, une colonne de distillation sous vide.
Selon une mise en œuvre, cette deuxième étape de fractionnement (e) est réalisée par un enchaînement d'au moins deux ballons de flash successifs.
Selon une autre mise en œuvre, cette deuxième étape de fractionnement (e) est réalisée par une ou plusieurs colonnes de stripage à la vapeur et/ou à l'hydrogène.
Selon une autre mise en œuvre préférée, cette deuxième étape de fractionnement (e) est réalisée par une colonne de distillation atmosphérique, et plus préférentiellement par une colonne de distillation atmosphérique et une colonne sous vide recevant le résidu atmosphérique.
Selon une autre mise en œuvre préférée, cette deuxième étape de fractionnement (e) est réalisée par un ou plusieurs ballons de flash, une colonne de distillation atmosphérique et une colonne sous vide recevant le résidu atmosphérique.
Selon une autre mise en œuvre préférée, cette deuxième étape de fractionnement (e) est réalisée par une colonne sous vide.
Le choix des équipements de la section de fractionnement E dépend de préférence du choix des équipements de la première section de fractionnement C et des charges introduites dans le désasphalteur D.
Selon le procédé de l’invention, la fraction lourde de la DAO ainsi produite dans la deuxième section de fractionnement E est ensuite recyclée au moins en partie à une ou plusieurs étapes de séparation intermédiaire et/ou directement à l'entrée d'une ou plusieurs étapes d’hydroconversion supplémentaires (ai), et de manière plus préférée à l'entrée de la dernière étape d'hydroconversion supplémentaires (a„).
Selon une mise en œuvre préférée, la coupe lourde issue de la première section de fractionnement C du procédé selon l'invention est un résidu atmosphérique qui sort d’une colonne de distillation atmosphérique. L'absence de colonne de distillation sous vide permet d'éviter la concentration des sédiments et l'encrassement rapide de la colonne de distillation sous vide. Le résidu atmosphérique ainsi produit est ensuite envoyé à au désasphalteur D pour opérer l’étape de désasphaltage (d), produisant un asphalte résiduel et une DAO quasiment exempte d'asphaltènes C7 et de sédiments, mais contenant à la fois une fraction de distillât sous vide et une fraction de résidu sous vide. Cette DAO ainsi obtenue peut ensuite être envoyée à la deuxième section de fractionnement E du procédé selon l'invention, composée d'une colonne de distillation sous vide et ayant pour objectif de séparer la DAO en au moins une fraction légère de la DAO dont le point d'ébullition est majoritairement en dessous de 500°C et au moins une fraction lourde de la DAO dont le point d'ébullition est majoritairement au-dessus de 500°C. Comme la DAO produite dans le désasphalteur D est exempte de sédiments et ne contient quasiment plus d'asphaltènes C7, la colonne de distillation sous vide ne s'encrassera que très lentement, évitant ainsi les arrêts et les mises hors service fréquents pour le nettoyage de la colonne de distillation sous vide. La fraction lourde de la DAO ainsi produite est ensuite avantageusement recyclée au moins en partie à l'entrée de la dernière étape d'hydroconversion supplémentaire (an).
Le procédé selon l'invention améliore donc la stabilité des effluents liquides traités lors de l’hydroconversion, et plus particulièrement lors des étapes d’hydroconversion supplémentaires recevant au moins une partie de la DAO et/ou de la fraction lourde de la DAO, tout en augmentant considérablement la conversion de la charge lourde hydrocarbonée. Étape de recyclage de la DAO ou de la fraction lourde de la DAO (f)
Le procédé selon l’invention comprend le recyclage d’au moins une partie de la DAO issue de l’étape (d) et/ou d’au moins une partie de la fraction lourde de la DAO issue de l’étape (e) à une étape d’hydroconversion supplémentaire {ai) et/ou à une étape de séparation intermédiaire (by).
Ce recyclage a été décrit précédemment en relation avec les étapes de désasphaltage (d) et de deuxième fractionnement (e). Étape de recyclage (r-, à r7) d’autres effluents issus des étapes (e)
Le procédé selon l’invention peut comprendre d’autres recyclages, les effluents recyclés pouvant être issus de la deuxième étape de fractionnement (e), de l’étape de désasphaltage (d), d’une étape d’hydroconversion supplémentaire (ai), ou d’une étape de séparation intermédiaire (bj).
Selon une mise en oeuvre, le procédé comprend le recyclage (η) d’une partie ou de la totalité de la fraction légère de la DAO issue de l’étape (e) dans la section d’hydroconversion initiale et/ou dans au moins une section d’hydroconversion supplémentaire A, et/ou dans au moins une section de séparation intermédiaire By et/ou dans la première section de fractionnement C.
Selon une mise en oeuvre, le procédé comprend le recyclage (r2) d’une partie de la fraction lourde de la DAO issue de l’étape (e) dans la première section de fractionnement C.
Selon une mise en oeuvre, le procédé comprend le recyclage (r3) d’une partie de la DAO issue de l’étape (d) dans la première section de fractionnement C.
Selon une mise en oeuvre, le procédé comprend le recyclage (r4) d’une partie ou de la totalité de l’asphalte résiduel issu de l’étape (d) dans la section d’hydroconversion initiale A, et/ou dans au moins une section d’hydroconversion supplémentaire A,·, permettant ainsi de recycler le catalyseur entraîné dans les sections d’hydroconversion. De préférence, l’asphalte résiduel est recyclé dans une section d’hydroconversion différente de celle qui reçoit la DAO ou la fraction lourde de la DAO.
Selon une mise en oeuvre, le procédé comprend le recyclage (r5) d’une partie de l’effluent liquide hydroconverti d’une section d’hydroconversion supplémentaire A,· donnée : - dans la section d’hydroconversion initiale A1; et/ou - dans une autre section d’hydroconversion supplémentaire A, positionnée en amont de ladite section A,· donnée, et/ou - dans une section de séparation intermédiaire By positionnée en amont de ladite section A,· donnée.
Selon une mise en oeuvre, le procédé comprend le recyclage (r6) d’une partie de la fraction lourde et/ou d’une partie ou de la totalité d’une ou plusieurs fractions intermédiaires issue d’une section intermédiaire By donnée : - dans la section d’hydroconversion initiale A1; et/ou - dans une section d’hydroconversion supplémentaire A, positionnée en amont de ladite section intermédiaire By donnée, et/ou - dans une autre section de séparation intermédiaire By positionnée en amont de ladite section By donnée.
Selon une mise en œuvre, le procédé comprend le recyclage (r7) d’une partie de la fraction lourde et/ou d’une partie ou de la totalité d’une ou plusieurs fractions intermédiaires issue de la première section de fractionnement C : - dans la section d’hydroconversion initiale A1; et/ou - dans une section d’hydroconversion supplémentaire A,·, et/ou - dans une section de séparation intermédiaire By.
Les modes de réalisation suivants sont décrits en faisant référence aux figures correspondantes
La figure 1 représente schématiquement le cas général du procédé selon l’invention, incluant différentes options correspondant à différents modes de réalisations.
Selon le procédé illustré à la figure 1, la charge lourde d’hydrocarbures 1 est envoyée via une conduite dans une section initiale d'hydroconversion ΑΛ composée d'un ou plusieurs réacteurs triphasiques fonctionnant en lit entraîné, qui peuvent être en série et/ou en parallèle. L'étape initiale d’hydroconversion réalisée dans la section A, représente la première étape d’hydroconversion de la charge lourde d’hydrocarbures 1, et peut inclure le cotraitement d’une ou plusieurs charges externes 2 et/ou un ou plusieurs effluents de recycle issus d’autre étapes du procédé.
Les différents effluents de recycle qui peuvent être injectés dans la section A, sont les suivants: - une partie de l’effluent total (6, 10) issu d’une ou plusieurs sections d’hydroconversion supplémentaires Aj ; - une partie ou la totalité d'une ou plusieurs fractions intermédiaires issues d’une ou plusieurs sections de séparation intermédiaires Bj (non représenté à la figure 1) ; - une partie de la fraction lourde issue d’une ou plusieurs sections de séparation intermédiaires Bj ; - une partie ou la totalité d’une ou plusieurs coupes intermédiaires 12 issues de la première section de fractionnement C ; - une partie de la coupe lourde 13 issue de la première section de fractionnement C ; - une partie ou la totalité de l’asphalte résiduel 14 issu du désasphalteur D ; - une partie ou la totalité de la fraction légère 16 de la DAO issue de la deuxième section de fractionnement E. L’effluent liquide 3 issu de la section initiale d’hydroconversion peut être envoyé soit directement vers à la section d'hydroconversion supplémentaire A2, soit vers la section de séparation intermédiaire B, via une conduite. Cette conduite offre la possibilité de purger une fraction de cet effluent 3 et donc d’envoyer soit la totalité ou soit uniquement une partie de l’effluent liquide issu de la section d’hydroconversion initiale vers la section de séparation intermédiaire ΒΛ.
La section B, représente la première section de séparation intermédiaire où est opérée l’étape de séparation intermédiaire (bi). Elle reçoit une partie ou la totalité de l’effluent liquide de l'étape d'hydroconversion précédente At, avec éventuellement une injection de charge lourde d’hydrocarbures 1 et/ou une injection d’une ou plusieurs charges externes 2 et/ou une injection d'un ou plusieurs effluents de recycle. Les différents effluents de recycle qui peuvent être injectés dans la section B, sont : - une partie de l’effluent total (6, 10) issu d’une ou plusieurs sections d’hydroconversion supplémentaires Aj ; - une partie ou la totalité d'une ou plusieurs fractions intermédiaires issues d’une ou plusieurs sections de séparation intermédiaires Bj (non représenté à la figure 1) ; - une partie de la fraction lourde 9 issue d’une ou plusieurs sections de séparation intermédiaires Bj en aval ; - une partie ou la totalité d’une ou plusieurs coupes intermédiaires 12 issues de la première section de fractionnement C ; - une partie de la coupe lourde 13 issue de la première section de fractionnement C ; - une partie ou la totalité de la DAO 15 issue du désasphalteur D ; - une partie ou la totalité de la fraction légère de la DAO 16 issue de la deuxième section de fractionnement E ; - une partie ou la totalité de la fraction lourde de la DAO 17 issue de la deuxième section de fractionnement E.
La fraction lourde 5 issue de la première section de séparation intermédiaire ΒΛ est ensuite envoyée au moins en partie vers la section d’hydroconversion supplémentaire A2 via une conduite, tandis que la fraction légère 4 issue de la section est purgée via une autre conduite. Une purge de la fraction lourde 5 peut être effectuée c’est soit une partie soit la totalité de la fraction lourde 5 qui est envoyée à la section d'hydroconversion supplémentaire A2. Une partie de l’effluent 5 peut également être recyclé vers la section initiale d’hydroconversion A^
La section A2 représente la deuxième section d’hydroconversion où est opérée une étape d’hydroconversion supplémentaire (a2). La section A2 est composée d'un ou plusieurs réacteurs triphasiques fonctionnant en lit entraîné, qui peuvent être en série et/ou en parallèle.
Cette section A2 peut recevoir une partie ou la totalité de l’effluent liquide issu de la section d'hydroconversion initiale A, et/ou au moins une partie de la fraction lourde issue de la première section de séparation intermédiaire B^ Cette section A2 peut également recevoir pour un co-traitement une partie de la charge lourde d’hydrocarbures 1 et/ou une ou plusieurs charges supplémentaires 2 et/ou un ou plusieurs effluents de recycle. Les différents effluents de recycle qui peuvent être injectés dans la section A2 sont : - une partie de l’effluent total 10 d’une ou plusieurs sections d’hydroconversion supplémentaires Aj en aval ; - une partie ou la totalité d'une ou plusieurs fractions intermédiaires issues d’une ou plusieurs sections de séparation intermédiaires Bj en aval (non représenté à la figure 1) ; - une partie de la fraction lourde 9 issue d’une ou plusieurs sections de séparation intermédiaires Bj en aval ; - une partie ou la totalité d’une ou plusieurs coupes intermédiaires 12 issues de la première section de fractionnement C ; - une partie de la coupe lourde 13 issue de la première section de fractionnement C ; - une partie ou la totalité de la DAO 15 issue du désasphalteur D ; - une partie ou la totalité de l’asphalte résiduel 14 issu du désasphalteur D ; - une partie ou la totalité de la fraction légère de la DAO 16 issue de la deuxième section de fractionnement E ; - une partie ou la totalité de la fraction lourde 17 de la DAO issue de la deuxième section de fractionnement E. L’effluent liquide 6 issu de la deuxième section d’hydroconversion A2 peut être envoyé vers une troisième section d'hydroconversion, soit vers une deuxième section de séparation intermédiaire via une conduite qui offre la possibilité de purger une fraction dudit effluent et donc d’envoyer soit la totalité ou soit uniquement une partie dudit effluent issu de la section A2 vers la deuxième section de séparation intermédiaire B2 (non représentée), ainsi que de recycler une partie dudit effluent vers une ou plusieurs sections d’hydroconversion en amont de la section A2 ou vers la section de séparation intermédiaire B, située entre les sections Αί et A2.
Le procédé selon l’invention peut ainsi comprendre n étapes d'hydroconversion et (n-1) étapes de séparation intermédiaires.
La section Β]=ιν1 représente la dernière section de séparation intermédiaire. Elle reçoit une partie ou la totalité de l’effluent liquide 7 issu de l'étape d’hydroconversion précédente Ai=n-i, et éventuellement une injection de charge lourde d’hydrocarbures 1 et/ou une injection d’une ou plusieurs charges externes 2 et/ou une injection d'un ou plusieurs effluents de recycle. Les différents effluents de recycle qui peuvent être injectés dans la section Bj=lv1 sont : - une partie de l’effluent 10 de la dernière section d’hydroconversion An ; - une partie ou la totalité d’une ou plusieurs coupes intermédiaires (12) issues de la première section de fractionnement C ; - une partie de la coupe lourde issue de la première section de fractionnement C ; - une partie ou la totalité de la DAO 15 issue du désasphalteur D ; - une partie ou la totalité de la fraction légère de la DAO 16 issue de la deuxième section de fractionnement E ; - une partie ou la totalité de la fraction lourde de la DAO 17 issue de la deuxième section de fractionnement E.
La section An représente la dernière étape d’hydroconversion où est opérée l’étape d’hydroconversion supplémentaire (an). La section An est composée d'un ou plusieurs réacteurs triphasiques fonctionnant en lit entraîné, qui peuvent être en série et/ou en parallèle.
Cette section An peut recevoir une partie ou la totalité de effluent de l'étape d'hydroconversion précédente Αη.·ι et/ou la fraction lourde de la précédente section de séparation intermédiaire Bj=n_i. Cette section An peut également recevoir pour un cotraitement une partie de la charge lourde d’hydrocarbures 1 et/ou une ou plusieurs charges externes 2 et/ou un ou plusieurs effluents de recycle. Les différents effluents de recycle qui peuvent être injectés dans la section An sont : - une partie ou la totalité d’une ou plusieurs coupes intermédiaires 12 issues de la première section de fractionnement C ; - une partie de la coupe lourde issue 13 issue de la première section de fractionnement C; - une partie ou la totalité de l’asphalte résiduel 14 issu du désasphalteur D ; - une partie ou la totalité de la DAO 15 issue du désasphalteur D ; - une partie ou la totalité de la fraction légère de la DAO 16 issue de la deuxième section de fractionnement E ; - une partie ou la totalité de la fraction lourde de la DAO 17 issue de la deuxième section de fractionnement E.
La section C représente la première section de fractionnement dans laquelle la totalité ou au moins une partie de l’effluent liquide hydroconverti 10 issu de la dernière section d’hydroconversion An est envoyé via une conduite pour être fractionnée en plusieurs coupes. À titre d'exemple, la figure 1 représente trois coupes, une coupe légère 11, qui sort du procédé selon l'invention et qui est éventuellement envoyée à un post-traitement, une coupe intermédiaire 12 et une coupe lourde 13. Ces deux dernières coupes peuvent être partiellement ou totalement envoyées à d'autres procédés et/ou recyclées à une ou plusieurs étapes d’hydroconversion du procédé selon l'invention et/ou recyclées sur une ou sur plusieurs sections de séparation intermédiaires du procédé selon l'invention.
La première section de fractionnement C peut également recevoir, soit en entrée soit entre deux équipements différents composant cette section C, une partie de la charge lourde d’hydrocarbures 1 et/ou des charges externes 2 et/ou un des effluents de recycles suivants : - une partie de la fraction lourde issue d'une ou plusieurs étapes de séparation intermédiaires By(non représentée à la figure 1) ; - une partie de l'effluent liquide d'une ou plusieurs étapes d'hydroconversion (ai et a{) (non représentée à la figure 1) ; - une partie de la DAO 15 produite dans le désasphalteur D ; - une partie de la fraction lourde de la DAO 17 produite dans la deuxième section de fractionnement E ; - une partie ou la totalité de la fraction légère 16 de la DAO produite dans la deuxième étape de fractionnement E.
La section D représente le désasphalteur opérant l’étape de désasphaltage (d) dans laquelle la DAO 15 et l’asphalte résiduel 14 sont extraits d'au moins une partie de la coupe lourde 13 issue de la première section de fractionnement C. Le désasphalteur D peut également recevoir une partie de la charge lourde d’hydrocarbures 1 et/ou des charges supplémentaires 2 et/ou l’un des effluents de recycle suivants : - une partie de la fraction lourde issue d'une ou plusieurs sections de séparation intermédiaires B) (non représenté à la figure 1) ; - une partie de l'effluent liquide issu de la section initiale d’hydroconversion Ai ou d'une ou plusieurs sections d'hydroconversion supplémentaires Ai (non représenté à la figure 1) ;
La DAO produite dans le désasphalteur D peut être soit envoyée, en partie ou totalement, dans la deuxième section de fractionnement E, soit recyclée, en partie ou totalement, à une ou plusieurs des sections d’hydroconversion supplémentaires Aj et/ou à une ou plusieurs des sections de séparation intermédiaires By.
La section E représente une deuxième section de fractionnement du procédé selon l'invention dans laquelle est opérée l’étape de fractionnement (e) de la totalité ou au moins une partie de la DAO en au moins deux coupes. À titre d'exemple, le procédé illustré à la figure 1 montre deux coupes, une coupe légère 16, qui peut sortir du procédé selon l'invention et/ou être recyclée dans différentes sections du procédé comme précédemment décrit, et une coupe lourde 17. Cette dernière peut ensuite être partiellement ou totalement recyclées dans une ou plusieurs sections d’hydroconversion supplémentaires Ai et/ou recyclées sur une ou sur plusieurs sections de séparation intermédiaires By.
Le circuit 18 en pointillé sur la figure 1 représente les multiples injections possibles de catalyseur entraîné avec les fluides entrant dans les différentes étapes d’hydroconversion.
Quatre mises en œuvre préférées du schéma général de la figure 1 sont illustrées aux figures 2 à 5 en limitant de plus en plus le nombre d’équipements et ainsi les coûts d’investissement.
La figure 2 illustre l'invention dans une mise en œuvre préférée comportant le recyclage de la fraction lourde de la DAO à l'entrée de la dernière étape d'hydroconversion.
Selon cette mise en œuvre, le procédé comporte les étapes successives suivantes : l’étape d’hydroconversion initiale (ai), l’étape de séparation intermédiaire (bi), une deuxième étape d’hydroconversion (a2) qui est la seule étape d’hydroconversion supplémentaire, la première étape de fractionnement (c), l’étape de désasphaltage (d) et la deuxième étape de fractionnement (e).
La charge lourde d’hydrocarbures 1 est envoyée via une conduite dans la section d'hydroconversion initiale ΑΛ à haute pression d'hydrogène 19. La section A^ est identique à celle décrite en relation avec la figure 1. L'effluent liquide 3 issu de la section A, est séparé dans la section de séparation intermédiaire B^ Dans la section de séparation les conditions sont généralement choisies de manière à obtenir deux fractions liquides, une fraction légère 4 et une fraction lourde 5. La section peut comprendre tout moyen de séparation connu de l'homme du métier, et de préférence ne comporte ni colonne de distillation atmosphérique ni colonne de distillation sous vide, mais une colonne de stripage à la vapeur ou à l’hydrogène, et est constituée de manière plus préférée par un enchaînement de ballons de flash, et de manière encore plus préférée par un seul ballon de flash.
La fraction liquide lourde 5 en sortie de la section de séparation intermédiaire B, est ensuite envoyée via une conduite dans la seconde étape d’hydroconversion A2 à haute pression d’hydrogène 20. Cette section A2 est conforme à la description de la section d’hydroconversion initiale ΑΛ de la figure 1. L'effluent liquide hydroconverti 6 obtenu à l'issue de cette deuxième étape d'hydroconversion est séparé dans la première section de fractionnement C. Dans cette section C, les conditions sont choisies de manière à obtenir au moins deux fractions liquides, une coupe légère 11 et une coupe lourde 13. La section comporte de préférence un ensemble de ballons de flash et une colonne de distillation atmosphérique.
La coupe lourde 13 est ensuite envoyée via une conduite dans le désasphalteur D pour obtenir une DAO 15 qui est envoyée à la deuxième section de fractionnement E via une conduite et un asphalte résiduel 14 qui est purgé via une autre conduite.
La fraction DAO est ensuite séparée dans la deuxième section de fractionnement E, où les conditions sont choisies de manière à obtenir au moins deux fractions liquides, une fraction légère de la DAO 16 et une fraction lourde de la DAO 17. La section E comporte de préférence un ensemble de ballons de flash et une colonne de distillation sous vide.
La fraction lourde de la DAO 17 est ensuite mélangée, en partie ou en totalité tel que représenté, à la fraction liquide lourde 5 issue de la section de séparation intermédiaire Βί et le mélange est ensuite envoyé dans la seconde section d'hydroconversion A2.
La figure 3 illustre l'invention dans autre une mise en œuvre comportant le recyclage de la DAO dans la section de séparation intermédiaire.
Selon cette mise en œuvre, le procédé comporte les étapes successives suivantes : l’étape d’hydroconversion initiale (ai), l’étape de séparation intermédiaire (bi), une deuxième étape d’hydroconversion (a2) qui est la seule étape d’hydroconversion supplémentaire, la première étape de fractionnement (c), et l’étape de désasphaltage (d). Il n’y a pas de deuxième étape de fractionnement (e).
La charge lourde d’hydrocarbures 1 est envoyée via une conduite dans une section d'hydroconversion initiale ΑΛ à haute pression d'hydrogène 19. La section A, est identique à celle décrite en relation avec la figure 1. L'effluent liquide 3 issu de la section A, est séparé dans la section de séparation intermédiaire ΒΛ en même temps que la DAO 15 recyclée issu du désasphalteur D. Dans la section de séparation intermédiaire les conditions sont choisies de manière à obtenir deux fractions liquides, une fraction légère 4 et une fraction lourde 5. La section ΒΛ peut comporter tout moyen de séparation connu de l'homme du métier, et de préférence ne comporte ni colonne de distillation atmosphérique ni colonne de distillation sous vide, mais une colonne de stripage à la vapeur ou à l’hydrogène, et est constituée de manière plus préférée par un enchaînement de ballons de flash, et de manière encore plus préférée par un seul ballon de flash.
La fraction liquide lourde 5 en sortie de la section de séparation intermédiaire B·, est ensuite envoyée dans la deuxième section d’hydroconversion A2 à haute pression d’hydrogène 20. Cette section A2 est conforme à la description de la section d’hydroconversion initiale ΑΛ de la figure 1. L'effluent liquide hydroconverti 6 obtenu à l'issue de cette deuxième étape d'hydroconversion est séparé dans la première section de fractionnement C. Dans cette section C, les conditions sont choisies de manière à obtenir au moins deux fractions liquides, une coupe légère 11 et une coupe lourde 13. La section comporte de préférence à l'aide d'un ensemble de ballons de flash et une colonne de distillation atmosphérique.
La coupe lourde 13 est ensuite envoyée via une conduite dans le désasphalteur D pour obtenir une DAO qui est recyclée vers la section de séparation intermédiaire ΒΛ et un asphalte résiduel 14 qui est purgé via une autre conduite.
La DAO est ensuite mélangée, en partie ou en totalité tel que représenté, à l’effluent liquide 3 issu de la section d’hydroconversion initiale ΑΛ et le mélange est ensuite envoyé dans la section de séparation intermédiaire B·,.
La figure 4 illustre l'invention dans une autre mise en œuvre préférée comportant le recyclage de la DAO à l'entrée de la dernière étape d'hydroconversion.
Selon cette mise en œuvre, le procédé comporte les étapes successives suivantes : l’étape d’hydroconversion initiale (ai), l’étape de séparation intermédiaire (bi), une deuxième étape d’hydroconversion (a2) qui est la seule étape d’hydroconversion supplémentaire, la première étape de fractionnement (c), et l’étape de désasphaltage (d). Il n’y a pas de deuxième étape de fractionnement (e).
La charge lourde d’hydrocarbures 1 est envoyée via une conduite dans une section d'hydroconversion initiale A·, à haute pression d'hydrogène 19. La section A, est identique à celle décrite en relation avec la figure 1. L'effluent liquide 3 issu de la section A, est séparé dans la section de séparation intermédiaire Dans la section de séparation les conditions sont choisies de manière à obtenir deux fractions liquides, une fraction légère 4 et une fraction lourde 5. La section peut comprendre tout moyen de séparation connu de l'homme du métier, et de préférence ne comporte ni colonne de distillation atmosphérique ni colonne de distillation sous vide, mais une colonne de stripage à la vapeur ou à l’hydrogène, et est constituée de manière plus préférée par un enchaînement de ballons de flash, et de manière encore plus préférée par un seul ballon de flash.
La fraction liquide lourde 5 en sortie de la section de séparation intermédiaire Bi est ensuite envoyée via une conduite dans la seconde étape d’hydroconversion A2 à haute pression d’hydrogène 20. Cette section A2 est conforme à la description de la section d’hydroconversion initiale Ai de la figure 1. L'effluent liquide hydroconverti 6 obtenu à l'issue de cette deuxième étape d'hydroconversion est séparé dans la première section de fractionnement C. Dans cette section C, les conditions sont choisies de manière à obtenir au moins deux fractions liquides, une coupe légère 11 et une coupe lourde 13. La section comporte de préférence un ensemble de ballons de flash et de colonnes de distillation atmosphérique et sous vide.
La coupe lourde 13 est ensuite envoyée via une conduite dans le désasphalteur D pour obtenir une DAO 15 qui est recyclée via une conduite vers la seconde section d’hydroconversion A2 et un asphalte résiduel 14 qui est purgé via une autre conduite.
La DAO est ensuite mélangée, en partie ou en totalité tel que représenté, à la fraction liquide lourde 5 issue de la section de séparation intermédiaire ΒΛ et le mélange est ensuite envoyé dans la deuxième section d’hydroconversion A2.
La figure 5 illustre l'invention dans une autre mise en oeuvre ne comportant pas d’étape de séparation intermédiaire.
Selon cette mise en oeuvre, le procédé comporte les étapes successives suivantes : l’étape d’hydroconversion initiale (ai), une deuxième étape d’hydroconversion (a2) qui est la seule étape d’hydroconversion supplémentaire, la première étape de fractionnement (c), et l’étape de désasphaltage (d). Il n’y a pas de deuxième étape de fractionnement (e).
La charge lourde d’hydrocarbures 1 est envoyée via une conduite dans une section d'hydroconversion initiale A, à haute pression d'hydrogène 19. La section A, est identique à celle décrite en relation avec la figure 1. L’effluent liquide 3 issu de la section A, est ensuite envoyé via une conduite dans la seconde section d’hydroconversion A2 à haute pression d’hydrogène 20. Cette section A2 est conforme à la description de la section d’hydroconversion initiale A, de la figure 1. L'effluent liquide hydroconverti 6 obtenu à l'issue de cette deuxième étape d'hydroconversion est séparé dans la première section de fractionnement C. Dans cette section C, les conditions sont choisies de manière à obtenir au moins deux fractions liquides, une coupe légère 11 et une coupe lourde 13. La section comporte de préférence à l'aide d'un ensemble de ballons de flash et de colonnes de distillation atmosphérique et sous vide.
La coupe lourde 13 est ensuite envoyée via une conduite dans le désasphalteur D pour obtenir la DAO 15 qui est recyclée via une conduite vers la deuxième section d’hydroconversion A2 et un asphalte résiduel 14 qui est purgé via une autre conduite.
La DAO 15 est mélangée, en partie ou en totalité tel que représenté, à l’effluent liquide 3 issu de la section d'hydroconversion initiale A1; et le mélange est envoyé dans la seconde section d’hydroconversion A2.
Exemples
Les exemples suivants illustrent un exemple de mise en œuvre du procédé selon l'invention, sans en limiter la portée, et certaines de ses performances, en comparaison avec des procédés selon l’art antérieur. L’exemple 1 est non conforme à l’invention. L’exemple 2 est conforme à l’invention.
Charge
La charge lourde d’hydrocarbures est un résidu sous vide (RSV) provenant d’un pétrole brut Oural et dont les principales caractéristiques sont présentées dans le tableau 2 ci-après.
tableau 2
Cette charge lourde RSV est la même charge fraîche pour les différents exemples.
ExÇ.WPjÇ. 1 .· Pf.QÇÇdé. de référen ce sans recyclage de lam JD A O (non conforme à ([invention)
Cet exemple illustre un procédé d’hydroconversion d’une charge lourde d’hydrocarbures selon l'état de l'art comportant deux étapes d’hydroconversion successives comprenant chacune un réacteur fonctionnant en lit entraîné, suivies d'une étape de désasphaltage sans recyclage de la DAO.
Première étape. d’hydrgggnversion
La charge fraîche du tableau 2 est envoyée en totalité dans une première section d’hydroconversion A’! en présence d'hydrogène et de naphténate de molybdène, dont la concentration dans la charge est de 250 ppm poids de molybdène, pour subir une première étape d’hydroconversion (a’·,), ladite section comprenant un réacteur triphasique. Le réacteur fonctionne en lit entraîné fonctionnant à courant ascendant de liquide et de gaz.
Les conditions opératoires appliquées dans la première étape d'hydroconversion sont présentées dans le tableau 3 ci-dessous.
tableau 3
Ces conditions opératoires permettent d'obtenir un effluent à teneur réduite en carbone Conradson, en métaux et en soufre. La conversion de la fraction 540°C+ en sortie de la première étape d'hydroconversion est de 75 %poids. Le taux de désulfuration est de 92 %poids, le taux de désazotation est de 66 %poids et le taux de démétallation est de 96 %poids. La teneur en carbone Conradson a été réduite de 80 %poids, et la teneur en asphaltènes C7 de 82 %poids. La composition de l’effluent de la première étape d’hydroconversion est présentée dans le tableau 4.
tableau 4
Deuxjème. M^RS.d^hydroconyersjon. (a’g)... L'effluent liquide hydroconverti issu de la première étape d’hydroconversion (a’·,) est ensuite envoyé directement dans une deuxième section d’hydroconversion A’2 pour subir une deuxième étape d’hydroconversion (a’2), ladite section comprenant un réacteur triphasique. Le réacteur fonctionne en lit entraîné fonctionnant à courant ascendant de liquide et de gaz.
Les conditions opératoires appliquées dans la deuxième étape d'hydroconversion (a’2) sont présentés dans le tableau 5 ci-dessous.
tableau 5
Ces conditions opératoires permettent d'obtenir un effluent liquide hydroconverti à teneur réduite en carbone Conradson, en métaux et en soufre. La composition de l’effluent de la seconde étape d’hydroconversion est présentée dans le tableau 6.
tableau 6
Par rapport à la charge de l’étape d’hydroconversion (a’2), la conversion de la fraction 540 °C+ est de 70 % poids. Le taux de désufuration total est de 90 %poids, le taux de désazotation est de 65 %poids et le taux de démétallation total est de 96 %poids. La teneur en carbone Conradson a été réduite de 77 %poids par rapport à la charge de l’étape d’hydroconversion (a’2), et la teneur en asphaltènes C7 de 86 %poids par rapport à la charge de l’étape d’hydroconversion (a’2).
Par rapport à la charge fraîche, la conversion de la fraction 540 °C+ est de 92 % poids. Le taux de désulfuration total est de 98 %poids, le taux de désazotation total est de 85 %poids et le taux de démétallation total est de 99 %poids. La teneur en carbone Conradson a été réduite de 95 %poids par rapport à la charge fraîche, et la teneur en asphaltènes C7 de 97 %poids par rapport à la charge fraîche.
Première étape_ de fractionnement
L’effluent liquide hydroconverti issu de l'étape d'hydroconversion (a’2) est envoyé à une étape de fractionnement (c’) réalisée dans une section de fractionnement C’ composée par une série de flashs, une colonne de distillation atmosphérique et une colonne de distillation sous vide à la suite desquelles on récupère une fraction distillât sous vide bouillant à une température comprise essentiellement entre 350 °C et 540 °C (DSV) et une fraction résidu sous vide non converti bouillant à une température supérieure ou égale à 540 °C
(RSV) dont les rendements par rapport à la charge fraiche et qualités de produits sont données dans le tableau 7 ci-dessous.
tableau 7 Étape, de. désasphaltage
Le RSV issu de la zone de distillation de la section de fractionnement C’ est ensuite avantageusement envoyé à une étape de désasphaltage (d’) dans un désasphalteur D’ dans laquelle il est traité dans un extracteur à l'aide du solvant butane dans des conditions de désasphaltage permettant d'obtenir une DAO et un asphalte résiduel.
Les conditions opératoires appliquées dans le désasphalteur sont les suivantes : - Pression totale = 4 MPa ; - Température moyenne = 115 ° C ; - Ratio solvant/charge = 8 v/v.
En sortie du désasphalteur on obtient une DAO et un asphalte résiduel, possédant les caractéristiques données dans le tableau 8 ci-dessous.
tableau 8
Performances globales
Avec ce procédé classique, non conforme à l’invention, la conversion globale de la fraction 540 °C+ de la charge fraîche est 92 %poids.
Exemple 2. ; Procédé .selon. ([invention,. visant à réduire. la. teneur. en sédiments du résidu sous, vide ngn-con verti
Dans cet exemple, on illustre le procédé selon l'invention dans une mise en oeuvre comportant deux étapes d’hydroconversion successives comprenant chacune un réacteur fonctionnant en lit entraîné suivies d'une étape de désasphaltage avec recyclage de la DAO à l'entrée du dernier réacteur d'hydroconversion.
Première étape. d’hydrgggn. version
La charge fraîche du tableau 2 est envoyée en totalité dans une première section d’hydroconversion At en présence d'hydrogène et de naphténate de molybdène, dont la concentration dans la charge est de 250 ppm poids de molybdène, pour subir une première étape d’hydroconversion (a,). Cette section A, est identique à celle décrite dans l’exemple 1.
Les conditions opératoires appliquées à cette première étape d'hydroconversion (a^ sont présentées dans le tableau 9 ci-dessous.
tableau 9
Ces conditions opératoires permettent d'obtenir un effluent liquide à teneur réduite en carbone Conradson, en métaux et en soufre. La conversion de la fraction 540°C+ en sortie de la première étape d'hydroconversion est de 75 %poids. Le taux de désulfuration est de 92 %poids, le taux de désazotation est de 66 %poids et le taux de démétallation est de 96 %poids. La teneur en carbone Conradson a été réduite de 80 %poids, et la teneur en asphaltènes C7 de 82 %poids. La composition de l’effluent de la première étape d’hydroconversion est présentée dans le tableau 10.
tableau 10
Dans cet exemple du procédé selon l'invention, l'effluent liquide hydroconverti est ensuite mélangé en totalité avec la DAO issue de l'étape de désasphaltage (d). La composition de cette charge est présentée dans le tableau 11. En comparaison avec le tableau 4, on remarquera que la charge de la deuxième étape d’hydroconversion (a2) a des teneurs réduites en impuretés.
tableau 11
Dans cet exemple selon l'invention, ce mélange est envoyé en totalité dans une deuxième section d’hydroconversion A2 pour subir une deuxième étape d’hydroconversion (a2). Ladite section A2 est identique à celle décrite dans l’exemple 1.
Les conditions opératoires appliquées dans l'étape d'hydroconversion (a2) sont présentés dans le tableau 12 ci-dessous.
tableau 12
Ces conditions opératoires permettent d'obtenir un effluent liquide hydroconverti à teneur réduite en carbone Conradson, en métaux et en soufre. La composition de l’effluent de la seconde étape d’hydroconversion est présentée dans le tableau 13.
tableau 13
Par rapport à la charge de l’étape d’hydroconversion (a2), la conversion de la fraction 540 °C+ est de 71 % poids. Le taux de désufuration total est de 90 %poids, le taux de désazotation est de 65 %poids et le taux de démétallation total est de 96 %poids. La teneur en carbone Conradson a été réduite de 77 %poids par rapport à la charge de l’étape d’hydroconversion (a2), et la teneur en asphaltènes C7 de 86 %poids par rapport à la charge de l’étape d’hydroconversion (a2). Le recyclage de la DAO à l’entrée l’étape d’hydroconversion (a2) n’impacte donc pas significativement la composition de l’effluent de cette étape, à l’exception de la teneur en 540°C+.
Par rapport à la charge fraîche, la conversion par passe de la fraction 540 °C+ est de 92 % poids. Le taux de désulfuration total est de 99 %poids, le taux de désazotation total est de 85 %poids et le taux de démétallation total est supérieur à 99,5 %poids. La teneur en carbone Conradson a été réduite de 95 %poids par rapport à la charge fraîche, et la teneur en asphaltènes C7 de 97 %poids par rapport à la charge fraîche.
Première section de.fractionnement L’effluent liquide hydroconverti issu de l'étape d'hydroconversion (a2) est envoyé à une étape de fractionnement (c) réalisée dans une section de fractionnement C composée par une série de flashs, une colonne de distillation atmosphérique et une colonne de distillation sous vide à la suite desquelles on récupère une fraction distillât sous vide bouillant à une température comprise essentiellement entre 350 °C et 540 °C (DSV) et une fraction résidu sous vide non converti bouillant à une température supérieure ou égale à 540°C (RSV). Les rendements par rapport à la charge fraîche et qualités de produits sont données de cette première section de fractionnement sont indiqués dans le tableau 14 ci-dessous.
tableau 14
En comparant avec l’exemple 1, on remarque un rendement légèrement plus élevé en distillât sous vide avec des propriétés très proches. On a donc un gain en distillât sous vide, sans dégradation de sa qualité. En ce qui concerne le résidu sous vide, son rendement est bien supérieur, mais il contient de plus faibles teneurs en métaux, asphaltènes et carbone Conradson, notamment grâce au recyclage de la DAO en amont de la deuxième étape d’hydroconversion. Étape. de. désasphaltage
Le RSV issu de la première section de fractionnement est ensuite avantageusement envoyé à une étape de désasphaltage (d) dans un désasphalteur, dans laquelle il est traité comme décrit dans l’exemple 1 (même équipement et mêmes conditions).
En sortie du désasphalteur, on obtient une DAO et un asphalte résiduel possédant les caractéristiques données dans le tableau 15 ci-dessous.
tableau 15
PMQfWÂO.Çes globales
Selon le procédé de l’invention illustré dans cet exemple, comportant un recyclage de la DAO à la dernière étape d’hydroconversion, on atteint une conversion globale de la fraction 540 °C+ de la charge fraîche de 97% poids pour des conditions opératoires identiques.
On remarque donc que, par rapport à l’exemple 1, la conversion globale est plus forte (+5 points de conversion supplémentaire).
Claims (18)
- REVENDICATIONS1. Procédé de conversion d’une charge lourde d’hydrocarbures contenant une fraction d'au moins 50% ayant une température d'ébullition d'au moins 300°C, et contenant du soufre, du carbone Conradson, des métaux, et de l’azote, comprenant les étapes successives suivantes : - une étape initiale d’hydroconversion (a^ d'au moins une partie de ladite charge lourde d’hydrocarbures en présence d'hydrogène dans une section d’hydroconversion initiale (A^, réalisée dans des conditions permettant d'obtenir un effluent liquide à teneur réduite en soufre, en carbone Conradson, en métaux, et en azote ; - (n-1) étape(s) d’hydroconversion supplémentaire(s) (a,·) dans (n-1) section(s) d’hydroconversion supplémentaire(s) (A,·), en présence d'hydrogène, d’au moins une partie ou la totalité de l’effluent liquide issu de l’étape d’hydroconversion précédente (ar1) ou éventuellement d’une fraction lourde issue d’une étape optionnelle de séparation intermédiaire (by) dans une section de séparation intermédiaire (By) entre deux étapes d’hydroconversion consécutives séparant une partie ou la totalité de l’effluent liquide issu de l’étape d’hydroconversion précédente (a/.i) pour produire au moins une fraction lourde bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, les (n-1) étape(s) d’hydroconversion supplémentaire(s) {al) étant réalisées de manière à obtenir un effluent liquide hydroconverti à teneur réduite en soufre, en carbone Conradson, en métaux, et en azote, n étant le nombre total d’étapes d’hydroconversion, avec n supérieur ou égal à 2, /'étant un entier allant de 2 à n et y étant un entier allant de 1 à (n-1), et les sections d’hydroconversion initiale (A^ et supplémentaire(s) (A,·) comportant chacune au moins un réacteur triphasique fonctionnant en lit entraîné contenant au moins un catalyseur d'hydroconversion entraîné; - une première étape de fractionnement (c) dans une première section de fractionnement (C) d’une partie ou de la totalité de l’effluent liquide hydroconverti issu de la dernière étape d’hydroconversion supplémentaire (an) produisant au moins une coupe lourde bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, ladite coupe lourde contenant une fraction résiduelle bouillant à une température supérieure ou égale à 540°C ; - une étape de désasphaltage (d) dans un désasphalteur (D) d’une partie ou de la totalité de ladite coupe lourde issue de l’étape de fractionnement (c), avec au moins un solvant hydrocarboné, pour obtenir une huile désasphaltée DAO et un asphalte résiduel ; - éventuellement une deuxième étape de fractionnement (e) dans une deuxième section de fractionnement (E) d’une partie ou de la totalité de la DAO issue de l’étape de désasphaltage (d) en au moins une fraction lourde de DAO et une fraction légère de DAO ; - une étape de recyclage (f) d’au moins une partie de la DAO issue de l’étape (d) et/ou d’au moins une partie de la fraction lourde de la DAO issue de l’étape (e) à une étape d’hydroconversion supplémentaire (a,·) et/ou à une étape de séparation intermédiaire (b/).
- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite charge lourde d’hydrocarbures a une teneur en soufre d'au moins 0,1 % poids, une teneur en carbone Conradson d'au moins 0,5% poids, une teneur en asphaltènes C7 d'au moins 1 % poids, et une teneur en métaux d'au moins 20 ppm poids.
- 3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite charge lourde d’hydrocarbures est un pétrole brut ou est constituée de résidus atmosphériques et/ou de résidus sous vide issus de la distillation atmosphérique et/ou sous vide d’un pétrole brut, ou de résidus issus d’un procédé de liquéfaction directe du charbon, et est de préférence constituée de résidus sous vide issus de la distillation sous vide d’un pétrole brut.
- 4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape d’hydroconversion initiale (a^ est opérée sous une pression absolue comprise entre 2 et 38 MPa, à une température comprise entre 300°C et 550C, à une vitesse spatiale horaire WH par rapport au volume de chaque réacteur triphasique comprise entre 0,05 h'1 et 10 h'1 et sous une quantité d’hydrogène mélangée à la charge lourde hydrocarbonée comprise entre 50 et 5000 normaux mètres cube (Nm3) par mètre cube (m3) de charge lourde d’hydrocarbures.
- 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la ou les étapes d’hydroconversion supplémentaires (an) sont opérées à une température comprise entre 300°C et 550°C, et supérieure à la èmpérature opérée à l’étape d’hydroconversion initiale (a-ι), sous une quantité d’hydrogène mélangée à la charge lourde hydrocarbonée comprise entre 50 et 5000 normaux mètres cube (Nm3) par mètre cube (m3) de charge lourde d’hydrocarbures, et inférieure à la quantité d’hydrogène opérée à l’étape d’hydroconversion initiale (ai), sous une pression absolue comprise entre 2 et 38 MPa, et à une vitesse spatiale horaire WH par rapport au volume de chaque réacteur triphasique comprise entre 0,05 h'1 et 10 h'1.
- 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la section de séparation intermédiaire (By) comprend un ou plusieurs ballons de flash disposés en série, et/ou une ou plusieurs colonnes de stripage à la vapeur et/ou à l'hydrogène, et/ou une colonne de distillation atmosphérique, et/ou une colonne de distillation sous vide, et est de préférence constituée par un seul ballon de flash.
- 7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première section de fractionnement (C) comprend un ou plusieurs ballons de flash disposés en série, et/ou une ou plusieurs colonnes de stripage à la vapeur et/ou à l'hydrogène, et/ou une colonne de distillation atmosphérique, et/ou une colonne de distillation sous vide, et est de préférence constituée par un ensemble de plusieurs ballons de flash en série et de colonnes de distillation atmosphérique et sous vide.
- 8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième section de fractionnement (E) comprend un ou plusieurs ballons de flash disposés en série, et/ou une ou plusieurs colonnes de stripage à la vapeur et/ou à l'hydrogène, et/ou une colonne de distillation atmosphérique, et/ou une colonne de distillation sous vide, et est de préférence constituée par un ensemble de plusieurs ballons de flash en série et d’une colonne de distillation sous vide.
- 9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape de désasphaltage (d) est opérée dans une colonne d’extraction à une température comprise entre 60 °C et 250 °C avec au moins un solvant hydroarboné ayant de 3 à 7 atomes de carbone, et un ratio solvant/charge (volume/volume) compris entre 3/1 et 16/1, et de préférence entre 4/1 et 8/1.
- 10. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on envoie une partie de la charge lourde d’hydrocarbures dans au moins une section d’hydroconversion supplémentaire (A/) et/ou dans au moins une section de séparation intermédiaire (By) et/ou dans la première section de fractionnement (C) et/ou dans le désasphalteur (D).
- 11. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on envoie une charge d’hydrocarbures externe au procédé dans la section d’hydroconversion initiale (A^ et/ou dans au moins une section d’hydroconversion supplémentaire (A,·) et/ou dans au moins une section de séparation intermédiaire (By) et/ou dans la première section de fractionnement (C) et/ou dans le désasphalteur (D).
- 12. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre au moins une étape de recyclage suivante : - le recyclage (n) d’une partie ou de la totalité de la fraction légère de la DAO issue de l’étape (e) dans la section d’hydroconversion initiale (A^ et/ou dans au moins une section d’hydroconversion supplémentaire (A,·) et/ou dans au moins une section de séparation intermédiaire (By) et/ou dans la première section de fractionnement (C) ; - le recyclage (r2) d’une partie de la fraction lourde de la DAO issue de l’étape (f) dans la première section de fractionnement (C) ; - le recyclage (r3) d’une partie de la DAO issue de l’étape (d) dans la première section de fractionnement (C) ; - le recyclage (r4) d’une partie ou de la totalité de l’asphalte résiduel issu de l’étape (d) dans la section d’hydroconversion initiale (A^ et/ou dans au moins une section d’hydroconversion supplémentaire (A,·) ; - le recyclage (r5) d’une partie de l’effluent liquide hydroconverti d’une section d’hydroconversion supplémentaire (A,·) donnée : - dans la section d’hydroconversion initiale (A^, et/ou - dans une autre section d’hydroconversion supplémentaire (A,·) positionnée en amont de ladite section (A,·) donnée, et/ou - dans une section de séparation intermédiaire (By) positionnée en amont de ladite section (A/) donnée ; - le recyclage (r6) d’une partie de la fraction lourde et/ou d’une partie ou de la totalité d’une ou plusieurs fractions intermédiaires issue d’une section intermédiaire (By) donnée : - dans la section d’hydroconversion initiale (A^, et/ou - dans une section d’hydroconversion supplémentaire (A,·) positionnée en amont de ladite section intermédiaire (By) donnée, et/ou - dans une autre section de séparation intermédiaire (By) positionnée en amont de ladite section (By) donnée ; - le recyclage (r7) d’une partie de la fraction lourde et/ou d’une partie ou de la totalité d’une ou plusieurs fractions intermédiaires issue de la première section de fractionnement (C) : - dans la section d’hydroconversion initiale (A^, et/ou - dans une section d’hydroconversion supplémentaire (A;), et/ou - dans une section de séparation intermédiaire (By).
- 13. Procédé de conversion selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel n est égal à 2, et comprenant les étapes successives suivantes : - une étape initiale d’hydroconversion (a^ d'au moins une partie de ladite charge lourde d’hydrocarbures en présence d'hydrogène dans une section d’hydroconversion initiale (A^, réalisée dans des conditions permettant d'obtenir un effluent liquide à teneur réduite en soufre, en carbone Conradson, en métaux, et en azote ; - une étape d’hydroconversion supplémentaire (a2) dans une section d’hydroconversion supplémentaire (A*), en présence d'hydrogène, d’au moins une partie ou la totalité de l’effluent liquide issu de l’étape d’hydroconversion initiale (aj) ou éventuellement d’une fraction lourde issue d’une étape optionnelle de séparation intermédiaire (bj) dans une section de séparation intermédiaire (B,) entre les étapes d’hydroconversion initiale (aj) et supplémentaire (a2) séparant une partie ou la totalité de l’effluent liquide issu de l’étape d’hydroconversion initiale (aT) en au moins une fraction légère bouillant majoritairement à une température inférieure à 350 °C et au moins unefraction lourde bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, l’éfepe d’hydroconversion supplémentaire (a2) étant réalisées de manière à obtenir un effluent liquide hydroconverti à teneur réduite en soufre, en carbone Conradson, en métaux, et en azote, les sections d’hydroconversion initiale (A^ et supplémentaire (A2) comportant chacune au moins un réacteur triphasique fonctionnant en lit entraîné contenant au moins un catalyseur d'hydroconversion entraîné; - une première étape de fractionnement (c) dans une première section de fractionnement (C) d’une partie ou de la totalité de l’effluent liquide hydroconverti issu de l’étape d’hydroconversion supplémentaire (a2) produisant au moins une coupe lourde bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, ladite coupe lourde contenant une fraction résiduelle bouillant à une à une température supérieure ou égale à 540 °C ; - une étape de désasphaltage (d) dans un désasphalteur (D) d’une partie ou de la totalité de ladite coupe lourde issue de l’étape de fractionnement (c), avec au moins un solvant hydrocarboné, pour obtenir une huile désasphaltée DAO et un asphalte résiduel ; - éventuellement une deuxième étape de fractionnement (e) dans une deuxième section de fractionnement (E) d’une partie ou de la totalité de la DAO issue de l’étape de désasphaltage (d) en au moins une fraction lourde de DAO et une fraction légère de DAO ; - une étape de recyclage (f) d’au moins une partie de la DAO issue de l’étape (d) et/ou d’au moins une partie de la fraction lourde de la DAO issue de l’étape (e) à une l’étape d’hydroconversion supplémentaire (a2) et/ou à une étape de séparation intermédiaire (bj).
- 14. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant le recyclage (f) de la totalité de la DAO issue de l’étape (d) ou de la totalité de la fraction lourde issue de la deuxième étape de fractionnement (e) à la dernière étape d’hydroconversion supplémentaires (a,·), et de préférence dans l’étape d’hydroconversion supplémentaire (a2) lorsque n est égal à 2 et qu’en outre la totalité de l’effluent liquide issu de l’étape (a^ est envoyé à l’étape (b^, la totalité de la fraction lourde issue de l’étape (b^ est envoyée dans l’étape (a2), la totalité de l’effluent liquide hydroconverti issu de l’étape (a2) est envoyée dans l’étape (c), et la totalité de la coupe lourde issue de l’étape (c) est envoyée à l’étape (d).
- 15. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, comportant le recyclage (f) de la totalité de la DAO issue de l’étape (d) ou de la totalité de la fraction lourde issue de la deuxième étape de fractionnement (e) à une étape de séparation intermédiaire (by), et de préférence à l’étape de séparation intermédiaire (b^ entre l’étape d’hydroconversion initiale (a^ et l’étape d’hydroconversion supplémentaire (a2) lorsque n est égal à 2 et qu’en outre la totalité de l’effluent liquide issu de l’étape (ai) est envoyé à l’étape (bi), la totalité de la fraction lourde issue de l’étape (bi) est envoyée dans l’étape (a2), la totalité de l’effluent liquide hydroconverti issu de l’étape (a2) est envoyée dans l’étape (c), et la totalité de la coupe lourde issue de l’étape (c) est envoyée à l’étape (d).
- 16. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, ne comportant pas d’étape de séparation intermédiaire (by ) et comportant le recyclage (f) de la totalité de la DAO issue de l’étape (d) à la dernière étape d’hydroconversion supplémentaires (a,·), et de préférence dans l’étape d’hydroconversion supplémentaire (a2) lorsque n est égal à 2 et qu’en outre la totalité de l’effluent liquide issu de l’étape (a^ est envoyée à l’étape (a2), la totalité de l’effluent liquide hydroconverti issu de l’étape (a2) est envoyée dans l’étape (c), et la totalité de la coupe lourde issue de l’étape (c) est envoyée à l’étape (d).
- 17. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 16, dans lequel ledit catalyseur d'hydroconversion entraîné dudit au moins un réacteur triphasique de la section d’hydroconversion initiale (A^ et de la ou des sections d’hydroconversion supplémentaire(s) (Ai) comporte un support et une phase active contenant au moins un métal du groupe VIB choisi parmi le molybdène et le tungstène, et de préférence le métal du groupe VIB est le molybdène, ledit métal du groupe VIB étant de préférence en association avec au moins un métal du groupe VIII non-noble choisi parmi le nickel, le cobalt, le ruthénium et le fer, et de préférence le métal du groupe VIII non-noble est le nickel.
- 18. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 16, dans lequel ledit catalyseur d'hydroconversion entraîné dudit au moins un réacteur triphasique de la section d’hydroconversion initiale (A^ et de la ou des sections d’hydroconversion supplémentaire(s) (A|) est obtenu à partir d’un précurseur soluble dans une phase organique, ledit précurseur étant de préférence choisi dans le groupe de composés organométalliques constitué par les naphténates de Mo, de Co, de Fe, de Ni, et des composés multi-carbonyl de Mo, de Co, de Fe, de Ni, et de préférence ledit précurseur est du naphténate de Mo.
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