FR3113678A1 - Bitumes comportant des bases bitumes non conventionnelles - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne des bitumes comportant: - entre 40% et 75% poids d’une première base bitume B1 constituée par un asphalte obtenu par un désasphaltage au solvant d’un premier résidu sous vide R1 issu de la distillation d’un effluent hydroconverti par un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant d’une charge lourde d’hydrocarbures, B1 ayant un point de ramollissement compris entre 50°C et 110 °C , et - entre 25% et 60% poids d’une deuxième base bitume B2 et/ou d’un fluxant F, F étant constitué par au moins une coupe lourde aromatique de point initial supérieur à 350°C, de point 90% distillé inférieur à 650°C selon la norme ASTM D2887 et de teneur en hydrogène supérieure à 8,5% poids, B2 étant constituée par R1 ou un deuxième résidu sous vide R2 issu d’une distillation d’un pétrole brut ou un mélange de R1 et R2. Le bitume comporte au maximum : 75% poids de B1 quand il est constitué par B1 et F, 50% poids de B1 quand il est constitué par B1 et B2, et 70% poids de B1 quand il est constitué par B1 et un mélange de F avec B2, avec la somme des pourcentages massiques de B1, B2 et F étant égale à 100%.
Description
La présente invention concerne le domaine des bitumes, en particulier la composition de bitumes pour la construction de routes ou pour les travaux publics (e.g. bitumes étanchéité). La présente invention porte plus spécifiquement sur des bitumes formulés à partir de bases bitumes non conventionnelles, comportant notamment une base bitume constituée par le résidu ultime d’un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant d’une charge liquide lourde d’hydrocarbures, i.e. un asphalte issu du désasphaltage au solvant du résidu sous vide de l’effluent hydroconverti.
Les bitumes, aussi appelés liants bitumineux, sont des mélanges d'hydrocarbures largement utilisés comme revêtements dans le domaine de la construction routière ou du génie civil. Les bitumes sont généralement formés d’un mélange de « bases bitume », classiquement obtenues à partir du traitement d’un pétrole brut.
Les bitumes sont traditionnellement préparés à partir de résidus issus d’une unité de distillation sous vide, sans aucun post-traitement, de pétroles bruts spécifiques asphalténiques, dit « bruts à bitumes ». Cependant ces bruts à bitume représentent environ 10% de l’ensemble des pétroles bruts, ce qui constitue une contrainte pour la production des bitumes.
D’autres modes de préparation des bitumes existent, basés par exemple sur l’oxydation partielle de résidus de distillation directe de pétroles bruts quand les caractéristiques du résidu sont trop éloignées de celles spécifiques aux bitumes, opération connue sous le nom de « soufflage des bitumes » modifiant les propriétés des résidus, ou basés par exemple sur le désasphaltage, à l’aide de solvants paraffiniques comme le propane, le butane ou le mélange des deux, de résidus issus de la distillation directe d’un pétrole brut, ou encore par exemple basés sur l’utilisation de résidus de viscoréduction, bien que les propriétés de ces derniers soient médiocres pour produire des bitumes, notamment quant à la stabilité thermique à l’oxydation des bitumes. Cependant ces modes de préparation sont soit coûteux, comme pour le soufflage de bitumes, soit dépendent encore une fois des bruts à bitume, comme c’est le cas pour les bases bitumes issues du désasphaltage de bruts à bitume, soit conduisent à des bitumes de qualité médiocre comme c’est le cas pour les bases bitumes issues de résidus de viscoréduction.
En outre, l’approvisionnement en bases bitumes traditionnelles mentionnées ci-dessus, issues de la distillation directe de bruts à bitumes, est dépendant du nombre de raffineries qui est parfois amené à diminuer dans certaines régions de monde, comme en Europe, pouvant alors constituer une contrainte supplémentaire pour la production de bitumes.
Il existe ainsi un besoin de produire des bitumes de bonne qualité en s’affranchissement au maximum de l’utilisation de bruts à bitume ou de techniques couteuses visant à modifier les propriétés des bases bitumes.
Par ailleurs, il existe dans les raffineries des résidus issus de procédés d’hydroconversion de charges lourdes d’hydrocarbures difficilement valorisables, contenant des teneurs importantes en impuretés, comme des métaux, du soufre, de l’azote, du carbone Conradson et des insolubles à l'heptane, également appelée asphaltènes C7, mis en œuvre pour produire des bases carburants. Généralement, de tels résidus, qui sont typiquement les résidus sous vide produits par distillation de l’effluent hydroconverti, sont utilisés en tant que fiouls de soute à teneur en soufre élevée. Cependant ces carburants sont de moins en moins demandés sur le marché du fait notamment de la mise en place de normes plus strictes sur les émissions de soufre des fumées de combustion pour les navires, principaux consommateurs de ce type de carburants. C’est le cas par exemple des résidus sous vide issus de la distillation atmosphérique puis sous vide d’un effluent hydroconverti dans un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant de type H-OILTM, ou des résidus sous vide sous forme de suspension dit résidus sous vide « slurry » issus de la distillation atmosphérique puis sous vide d’un effluent hydroconverti dans un procédé d’hydroconversion en lit entrainé, aussi appelé slurry selon la terminologie anglo-saxonne. Le procédé d’hydroconversion en lit entraîné est basé sur l’utilisation d’un catalyseur dispersé dans la charge sous forme de très petites particules, dont la taille est inférieure à 500 μm, typiquement comprise entre 1 nm et 200 nm voire entre 1 nm et 20nm, et qui sort du réacteur d’hydroconversion avec l’effluent hydroconverti. On appelle par la suite le mélange de l’effluent hydroconverti et le catalyseur sortant du réacteur en lit entraîné l’effluent hydroconverti « slurry », i.e. lui-même sous forme de suspension.
Il est possible d’utiliser de tels résidus pour la formulation de bitumes. De tels résidus ne sont pas considérés comme étant des bases bitumes conventionnelles, comme celles citées plus haut.
On connait ainsi des compositions pour bitumes routiers comportant un résidu d’hydroconversion issu d’un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant de type H-OilTM, en mélange avec une base bitume conventionnelle, tel que décrit dans le brevet US4904305. Cependant la teneur en résidu dans un tel bitume est faible, typiquement comprise entre 2%et 10%, ce qui n’est pas optimal en termes de valorisation du résidu d’hydroconversion.
On connait également l’utilisation de résidu d’hydroconversion slurry en tant que base bitume pour former un bitume routier, comme décrit dans la demande de brevet US20170137718. Là encore, la teneur en résidu d’hydroconversion dans la composition du bitume est limitée, typiquement comprise entre 1% et 30% poids. En outre, la présence de catalyseur dispersé dans le résidu d’hydroconversion limite la teneur maximale possible du résidu slurry dans le bitume, et nécessite une étape de filtration du résidu slurry pour tendre vers les 30% poids. La présence de catalyseur influe en effet sur les propriétés physico-chimiques du bitume, et peut par exemple diminuer sa solubilité et modifier ses propriétés rhéologiques.
Des teneurs plus élevées en résidus d’hydroconversion de charges lourdes dans une composition de bitume sont par exemple divulguées dans US4683005. Cependant, dans les bitumes divulgués dans ce brevet, le résidu d’hydroconversion doit être issu d’un procédé d’hydroconversion présentant un taux de conversion nécessairement supérieur à 80%, ce qui induit des contraintes opératoires non négligeables.
Les inventeurs ont mis en évidence que, de manière surprenante, des quantités relativement importantes de produits lourds issus de procédés d’hydroconversion en lit bouillonnant d’une charge liquide lourde d’hydrocarbures peuvent être utilisées pour former des bitumes qui ont des propriétés intéressantes inattendues, notamment une bonne stabilité thermique à l’oxydation.
En particulier, les inventeurs ont mis en évidence qu’il était possible de former des bitumes aux propriétés intéressantes, et notamment conformes aux normes pour la construction et le revêtement des routes, en particulier conformes aux normes européennes, voire même pour des revêtements d’étanchéité, à partir de pétroles bruts non conventionnels pour la production de bitumes (différents des pétroles dits « bruts à bitume »), tout en valorisant au maximum les résidus ultimes d’un procédé d’hydroconversion de charges liquides lourdes, i.e. l’asphalte issu du désasphaltage de la fraction lourde d’un effluent hydroconverti en lit bouillonnant.
En particulier, les inventeurs ont mis en évidence qu’il était possible de former des bitumes aux propriétés intéressantes, et notamment conformes aux normes pour la construction et le revêtement des routes, en particulier conformes aux normes européennes, voire même pour des revêtements d’étanchéité, à partir de pétroles bruts non conventionnels pour la production de bitumes (différents des pétroles dits « bruts à bitume »), tout en valorisant au maximum les résidus ultimes d’un procédé d’hydroconversion de charges liquides lourdes, i.e. l’asphalte issu du désasphaltage de la fraction lourde d’un effluent hydroconverti en lit bouillonnant.
Il s'est avéré, de façon surprenante, qu’il était possible de former des bitumes conformes à ces normes, sans faire appel à des techniques de modification des propriétés des bitumes comme par exemple les opérations d’oxydation partielle de résidus appelées soufflage des bitumes, et sans nécessairement utiliser des bruts à bitume, en utilisant un asphalte obtenu par un désasphaltage au solvant d’un résidu sous vide issu d’un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant de charges liquides lourdes, et qui plus est dans des quantités relativement importantes, en mélange avec une autre base bitume et/ou un fluxant.
Les inventeurs ont ainsi mis en évidence qu’il était notamment possible de formuler des bitumes conformes à ces normes exclusivement à partir de résidus d’hydroconversion en lit bouillonnant, habituellement utilisés comme combustibles (fiouls lourds soufrés), y compris de résidus ultimes difficilement valorisables dont on recherche généralement à minimiser la production lors de ces procédés d’hydroconversion.
La formulation de tels bitumes constitue ainsi un autre moyen de valorisation de ces résidus d’hydroconversion en lit bouillonnant, le marché des fiouls lourds soufrés étant en diminution notoire du fait de l’instauration de la spécification à 0,5% de soufre au niveau mondial pour les carburants utilisés par tous les navires non équipés de dispositifs d’élimination du soufre dans les fumées de combustion (« scrubbers » selon la terminologie anglo-saxonne) en vigueur depuis le 1erjanvier 2020.
Les inventeurs ont également mis en évidence l’utilisation avantageuse d’un extrait aromatique issu de la fabrication d’huiles lubrifiantes, en mélange avec un tel asphalte obtenu par désasphaltage d’un résidu sous vide issu d’un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant, pour former des bitumes conformes aux normes en vigueur.
Objectifs et Résumé de l’invention
La présente invention a pour objectif de fournir des bitumes conformes aux normes en vigueur, en particulier aux normes d’origine européennes tel que NF EN 12591 sur les bitumes routiers, tout en valorisant au maximum les résidus ultimes d’un procédé d’hydroconversion de charges liquides lourdes en lit bouillonnant, i.e. l’asphalte issu du désasphaltage de la fraction lourde d’un effluent hydroconverti en lit bouillonnant.
Un autre objectif de la présente invention consiste à fournir des bitumes conformes à de telles normes, à partir de pétroles différents des « bruts à bitume ».
Un autre objectif encore de la présente invention consiste à fournir des bitumes conformes à de telles normes, comportant un maximum de résidus d’hydroconversion en lit bouillonnant, y compris une partie importante du résidu ultime du procédé d’hydroconversion de charges liquides lourdes en lit bouillonnant, i.e. l’asphalte issu du désasphaltage de la fraction lourde d’un effluent hydroconverti en lit bouillonnant.
Ainsi, pour atteindre au moins l'un des objectifs susvisés, parmi d’autres, la présente invention propose, selon un premier aspect, un bitume comportant:
- entre 40% et 75% poids d’une première base bitume B1 constituée par un asphalte obtenu par un désasphaltage au solvant d’un premier résidu sous vide R1 issu de la distillation d’un effluent hydroconverti par un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant d’une charge lourde d’hydrocarbures, B1 ayant un point de ramollissement compris entre 50°C et 110°C, et
- entre 25% et 60% poids d’une deuxième base bitume B2 et/ou d’un fluxant F, F étant constitué par au moins une coupe lourde aromatique ayant un point initial supérieur à 350°C, un point 90% distillé inférieur à 650°C selon la norme ASTM D2887 et une teneur en hydrogène supérieure à 8,5% poids, B2 étant constituée par R1 ou un deuxième résidu sous vide R2 issu d’une distillation d’un pétrole brut ou par un mélange de R1 et de R2,
étant entendu que ledit bitume comporte au maximum :
75% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et F,
50% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et B2, et
70% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et un mélange de F avec B2, et
la somme des pourcentages massiques de B1, B2 et F étant égale à 100%.
- entre 40% et 75% poids d’une première base bitume B1 constituée par un asphalte obtenu par un désasphaltage au solvant d’un premier résidu sous vide R1 issu de la distillation d’un effluent hydroconverti par un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant d’une charge lourde d’hydrocarbures, B1 ayant un point de ramollissement compris entre 50°C et 110°C, et
- entre 25% et 60% poids d’une deuxième base bitume B2 et/ou d’un fluxant F, F étant constitué par au moins une coupe lourde aromatique ayant un point initial supérieur à 350°C, un point 90% distillé inférieur à 650°C selon la norme ASTM D2887 et une teneur en hydrogène supérieure à 8,5% poids, B2 étant constituée par R1 ou un deuxième résidu sous vide R2 issu d’une distillation d’un pétrole brut ou par un mélange de R1 et de R2,
étant entendu que ledit bitume comporte au maximum :
75% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et F,
50% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et B2, et
70% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et un mélange de F avec B2, et
la somme des pourcentages massiques de B1, B2 et F étant égale à 100%.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, la coupe lourde aromatique est une coupe aromatique extraite de distillats sous vide obtenus dans un procédé de fabrication d’huiles lubrifiantes.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, la charge lourde d’hydrocarbures envoyée dans le procédé d’hydroconversion contient des fractions d’hydrocarbures dont au moins 80 % poids ont une température d'ébullition initiale d'au moins 300°C, et est de préférence 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, et de préférence constituée de résidus sous vide issus de la distillation sous vide d’un pétrole brut.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, R2 est issu de la distillation atmosphérique et sous vide d’un pétrole brut ayant servi de charge au procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, R1 comporte une fraction résiduelle bouillant à une température supérieure ou égale à 540°C et est obtenu par distillation atmosphérique et sous vide de l’effluent hydroconverti par le procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant de la charge lourde d’hydrocarbures, ledit procédé comportant au moins une étape d’hydroconversion, et de préférence deux étapes d’hydroconversion, opérée(s) sous une pression absolue comprise entre 2 MPa et 38 MPa, à une température comprise entre 300°C et 550°C, à une vitesse spatiale horaire VVH par rapport au volume de chaque réacteur triphasique comprise entre 0,05 h-1et 10 h-1et 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 un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, B1 est un asphalte obtenu par un désasphaltage de R1 avec un solvant hydrocarboné comprenant majoritairement des composés ayant 3 à 4 atomes de carbone, de préférence du butane ou du propane ou leur mélange, avec un ratio solvant/charge (volume/volume) compris entre 4/1 et 10/1, une température comprise entre 40°C et 150°C, et une pression comprise entre 2 MPa et 6 MPa.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, le bitume est constitué par B1 et R1.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, le bitume est constitué par B1 et F.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, le bitume est constitué par B1 et un mélange de R1 et/ou R2 avec F.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, B1 représente entre 40% et 60% poids du bitume, R1 et/ou R2 représente entre 25% et 45% poids du bitume et F représente entre 5% poids et 15 % poids du bitume.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, B1 représente entre 40% et 55% poids du bitume, R1 et/ou R2 représente entre 30% et 45% poids du bitume et F représente entre 5% poids et 15 % poids du bitume.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, le bitume est constitué par B1 et un mélange de R1 et F, avec B1 et R1 représentant entre 85% et 95% poids du bitume et F représentant entre 5% poids et 15% poids du bitume.
Le bitume selon l'invention est de préférence un bitume routier, ayant un point de ramollissement bille et anneau supérieur ou égal à 43°C et inférieur à 58°C et une pénétrabilité à 25°C supérieure ou égale à 35°C et inférieure à 100°C.
Selon un deuxième aspect, le présente invention porte sur revêtement routier consistant en un mélange d’un bitume selon l’invention avec un agrégat minéral approprié.
Selon un troisième aspect, le présente invention porte sur l’utilisation d’un asphalte obtenu par un désasphaltage au solvant d’un premier résidu sous vide R1 issu de la distillation d’un effluent hydroconverti par un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant d’une charge lourde d’hydrocarbures, en tant qu’une première base bitume B1 pour la préparation d’un bitume selon l’invention, en mélange avec une deuxième base bitume B2 et/ou un fluxant F, B1 ayant un point de ramollissement compris entre 50°C et 110°C et formant entre 40% et 75% poids dudit bitume, B2 et/ou F formant entre 25% et 60% poids dudit bitume, B2 étant constituée par R1 ou par un deuxième résidu sous vide R2 issu de la distillation d’un pétrole brut ou par un mélange de R1 et R2, et F étant constitué par au moins une coupe lourde aromatique ayant un point initial supérieur à 350°C, un point 90% distillé inférieur à 650°C selon la norme ASTM D2887 et une teneur en hydrogène supérieure à 8,5% poids, ledit bitume comportant au maximum 75% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et F, au maximum 50% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et B2, et au maximum 70% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et un mélange de F avec B2, la somme des pourcentages massiques de B1, B2 et F étant égale à 100%.
Selon un quatrième aspect, le présente invention porte sur un procédé de préparation d’un bitume selon l’invention, ledit procédé comportant :
- une première étape a) d’hydroconversion d’une charge lourde d’hydrocarbures, opérant en présence d'hydrogène dans une première section d’hydroconversion comportant au moins un réacteur triphasique contenant au moins un catalyseur d'hydroconversion fonctionnant en lit bouillonnant, à une pression absolue comprise entre 2 MPa et 38 MPa, à une température comprise entre 300°C et 550°C, à une vitesse spatiale horaire par rapport au volume de chaque réacteur triphasique comprise entre 0,05 h-1et 10 h-1, et avec une quantité d'hydrogène comprise entre 50 Nm3/m3et 5000 Nm3/m3, de manière à obtenir un effluent liquide hydroconverti à teneur réduite en asphaltènes C7, en Carbone Conradson, en métaux, en soufre et en azote ;
- optionnellement une étape b) de séparation de l’effluent hydroconverti issu la première étape hydroconversion pour former au moins une fraction légère et une fraction lourde;
- optionnellement une deuxième étape c) d’hydroconversion de l’effluent liquide hydroconverti issu de la première étape a) d’hydroconversion ou de la fraction lourde issue de l’étape b), opérant en présence d'hydrogène dans une deuxième section d’hydroconversion comportant au moins un réacteur triphasique contenant au moins un catalyseur d'hydroconversion fonctionnant en lit bouillonnant, à une pression absolue comprise entre 2 MPa et 38 MPa, à une température comprise entre 300°C et 550°C, à une vitesse spatiale horaire par rapport au volume de chaque réacteur triphasique comprise entre 0,05 h-1et 10 h-1, et avec une quantité d'hydrogène comprise entre 50 Nm3/m3et 5000 Nm3/m3;
- une étape d) de distillation atmosphérique suivie d’une distillation sous vide d’une partie ou de la totalité de l’effluent liquide hydroconverti issu de la première étape a) d’hydroconversion ou de l’effluent liquide hydroconverti issu de la deuxième étape c) d’hydroconversion, produisant au moins un premier résidu sous vide R1 bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, ledit résidu sous vide contenant une fraction résiduelle bouillant à une température supérieure ou égale à 540°C ;
- une étape e) de désasphaltage dudit premier résidu sous vide R1 issu de l’étape d), à une température comprise entre 40°C et 150°C et une pression comprise entre 2 et 6 MPa, avec au moins un solvant hydrocarboné comprenant majoritairement des composés ayant 3 à 4 atomes de carbone, de préférence du butane ou du propane ou leur mélange, et un ratio solvant/charge (volume/volume) compris entre 4/1 et 10/1, produisant une fraction désasphaltée DAO et un asphalte ;
- une étape f) de préparation d’un bitume comportant le mélange d’une partie ou de la totalité de l’asphalte issu de l’étape e) en tant qu’une première base bitume B1 avec une deuxième base bitume B2 et/ou un fluxant F, B2 étant constituée par une partie dudit premier résidu sous vide R1 et/ou un deuxième résidu sous vide R2 issu de la distillation d’un pétrole brut, et F étant constitué d’au moins une coupe lourde aromatique, pour produire ledit bitume de manière à ce qu’il comporte entre 40% et 75 % poids de B1 et entre 25% et 60% poids de B2 et/ou F, avec au maximum 75% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et F, au maximum 50% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et B2, et au maximum 70% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et un mélange de F avec B2, la somme des pourcentages massiques de B1, B2 et F étant égale à 100%.
- une première étape a) d’hydroconversion d’une charge lourde d’hydrocarbures, opérant en présence d'hydrogène dans une première section d’hydroconversion comportant au moins un réacteur triphasique contenant au moins un catalyseur d'hydroconversion fonctionnant en lit bouillonnant, à une pression absolue comprise entre 2 MPa et 38 MPa, à une température comprise entre 300°C et 550°C, à une vitesse spatiale horaire par rapport au volume de chaque réacteur triphasique comprise entre 0,05 h-1et 10 h-1, et avec une quantité d'hydrogène comprise entre 50 Nm3/m3et 5000 Nm3/m3, de manière à obtenir un effluent liquide hydroconverti à teneur réduite en asphaltènes C7, en Carbone Conradson, en métaux, en soufre et en azote ;
- optionnellement une étape b) de séparation de l’effluent hydroconverti issu la première étape hydroconversion pour former au moins une fraction légère et une fraction lourde;
- optionnellement une deuxième étape c) d’hydroconversion de l’effluent liquide hydroconverti issu de la première étape a) d’hydroconversion ou de la fraction lourde issue de l’étape b), opérant en présence d'hydrogène dans une deuxième section d’hydroconversion comportant au moins un réacteur triphasique contenant au moins un catalyseur d'hydroconversion fonctionnant en lit bouillonnant, à une pression absolue comprise entre 2 MPa et 38 MPa, à une température comprise entre 300°C et 550°C, à une vitesse spatiale horaire par rapport au volume de chaque réacteur triphasique comprise entre 0,05 h-1et 10 h-1, et avec une quantité d'hydrogène comprise entre 50 Nm3/m3et 5000 Nm3/m3;
- une étape d) de distillation atmosphérique suivie d’une distillation sous vide d’une partie ou de la totalité de l’effluent liquide hydroconverti issu de la première étape a) d’hydroconversion ou de l’effluent liquide hydroconverti issu de la deuxième étape c) d’hydroconversion, produisant au moins un premier résidu sous vide R1 bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, ledit résidu sous vide contenant une fraction résiduelle bouillant à une température supérieure ou égale à 540°C ;
- une étape e) de désasphaltage dudit premier résidu sous vide R1 issu de l’étape d), à une température comprise entre 40°C et 150°C et une pression comprise entre 2 et 6 MPa, avec au moins un solvant hydrocarboné comprenant majoritairement des composés ayant 3 à 4 atomes de carbone, de préférence du butane ou du propane ou leur mélange, et un ratio solvant/charge (volume/volume) compris entre 4/1 et 10/1, produisant une fraction désasphaltée DAO et un asphalte ;
- une étape f) de préparation d’un bitume comportant le mélange d’une partie ou de la totalité de l’asphalte issu de l’étape e) en tant qu’une première base bitume B1 avec une deuxième base bitume B2 et/ou un fluxant F, B2 étant constituée par une partie dudit premier résidu sous vide R1 et/ou un deuxième résidu sous vide R2 issu de la distillation d’un pétrole brut, et F étant constitué d’au moins une coupe lourde aromatique, pour produire ledit bitume de manière à ce qu’il comporte entre 40% et 75 % poids de B1 et entre 25% et 60% poids de B2 et/ou F, avec au maximum 75% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et F, au maximum 50% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et B2, et au maximum 70% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et un mélange de F avec B2, la somme des pourcentages massiques de B1, B2 et F étant égale à 100%.
D’autres objets et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d’exemples de réalisations particuliers de l’invention, donnés à titre d’exemples non limitatifs.
Le bitume selon l’invention comporte:
- entre 40% et 75% poids d’une première base bitume B1 constituée par un asphalte obtenu par un désasphaltage au solvant d’un premier résidu sous vide R1 issu de la distillation d’un effluent hydroconverti par un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant d’une charge lourde d’hydrocarbures, B1 ayant un point de ramollissement compris entre 50°C et 110°C , et
- entre 25% et 60% poids d’une deuxième base bitume B2 et/ou d’un fluxant F constitué par au moins une coupe lourde aromatique ayant un point initial supérieur à 350°C, un point 90% distillé inférieur à 650°C selon la norme ASTM D2887 et une teneur en hydrogène supérieure à 8,5% poids, B2 étant constituée par R1 et/ou un deuxième résidu sous vide R2 issu d’une distillation d’un pétrole brut, étant entendu que ledit bitume comporte au maximum :
75% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et F,
50% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et B2, et
70% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et un mélange de F avec B2, et
la somme des pourcentages massiques de B1, B2 et F étant égale à 100%.
- entre 40% et 75% poids d’une première base bitume B1 constituée par un asphalte obtenu par un désasphaltage au solvant d’un premier résidu sous vide R1 issu de la distillation d’un effluent hydroconverti par un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant d’une charge lourde d’hydrocarbures, B1 ayant un point de ramollissement compris entre 50°C et 110°C , et
- entre 25% et 60% poids d’une deuxième base bitume B2 et/ou d’un fluxant F constitué par au moins une coupe lourde aromatique ayant un point initial supérieur à 350°C, un point 90% distillé inférieur à 650°C selon la norme ASTM D2887 et une teneur en hydrogène supérieure à 8,5% poids, B2 étant constituée par R1 et/ou un deuxième résidu sous vide R2 issu d’une distillation d’un pétrole brut, étant entendu que ledit bitume comporte au maximum :
75% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et F,
50% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et B2, et
70% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et un mélange de F avec B2, et
la somme des pourcentages massiques de B1, B2 et F étant égale à 100%.
Dans la suite de la description, les abréviations suivantes sont utilisées par souci de simplification de la lecture :
B1 : première base bitume du bitume selon l’invention, i.e. l’asphalte obtenu par un désasphaltage au solvant d’un premier résidu sous vide R1 issu de la distillation d’un effluent hydroconverti par un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant d’une charge lourde d’hydrocarbures ;
B2 : deuxième base bitume pouvant entrer dans la composition du bitume selon l’invention, qui est soit R1 soit R2 soit un mélange de R1 et R2 ;
R1 : premier résidu sous vide issu de la distillation de l’effluent hydroconverti par le procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant d’une charge lourde d’hydrocarbures, qui est envoyé à une étape de désasphaltage au solvant produisant B1 ;
R2 : deuxième résidu sous vide issu d’une distillation d’un pétrole brut, i.e. issu directement, sans autre traitement, de la distillation d’un pétrole brut ;
F : fluxant pouvant entrer dans la composition du bitume selon l’invention, constitué par au moins une coupe lourde aromatique ayant un point initial supérieur à 350°C, un point 90% distillé inférieur à 650°C selon la norme ASTM D2887, et une teneur en hydrogène supérieure à 8,5% poids, comme par exemple un extrait aromatique issu de l’extraction au solvant dans une chaine de production de lubrifiants, appelée aussi chaine huiles.
B1 : première base bitume du bitume selon l’invention, i.e. l’asphalte obtenu par un désasphaltage au solvant d’un premier résidu sous vide R1 issu de la distillation d’un effluent hydroconverti par un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant d’une charge lourde d’hydrocarbures ;
B2 : deuxième base bitume pouvant entrer dans la composition du bitume selon l’invention, qui est soit R1 soit R2 soit un mélange de R1 et R2 ;
R1 : premier résidu sous vide issu de la distillation de l’effluent hydroconverti par le procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant d’une charge lourde d’hydrocarbures, qui est envoyé à une étape de désasphaltage au solvant produisant B1 ;
R2 : deuxième résidu sous vide issu d’une distillation d’un pétrole brut, i.e. issu directement, sans autre traitement, de la distillation d’un pétrole brut ;
F : fluxant pouvant entrer dans la composition du bitume selon l’invention, constitué par au moins une coupe lourde aromatique ayant un point initial supérieur à 350°C, un point 90% distillé inférieur à 650°C selon la norme ASTM D2887, et une teneur en hydrogène supérieure à 8,5% poids, comme par exemple un extrait aromatique issu de l’extraction au solvant dans une chaine de production de lubrifiants, appelée aussi chaine huiles.
Quelques définitions sont données ci-après pour une meilleure compréhension de l’invention.
Le bitume selon l’invention, ou liant bitumineux, est un mélange de bases bitumes ou d’une ou plusieurs bases bitume avec un fluxant, et correspond à un produit fini, c’est-à-dire ayant des propriétés physiques adéquates pour son utilisation finale, en particulier dans le domaine de la construction routière ou le génie civil, et de préférence dans le domaine de la construction routière.
Dans la présente description, l’expression base bitume est utilisée pour désigner un composant du bitume, plus précisément une fraction du bitume issue d’une source donnée, une telle fraction ayant généralement une signature chimique et physique, c’est-à-dire une composition chimique et des propriétés physiques données caractéristiques de la source dont elle provient. Une base bitume selon l’invention présente des propriétés physiques spécifiques au bitume, notamment certaines propriétés relatives à la dureté et la viscosité.
Les propriétés physiques importantes des bases bitume sont notamment référencées dans les documents normatifs caractérisant les bitumes. Il s’agit principalement de propriétés de dureté et de viscosité. Parmi les paramètres physiques importants caractérisant les bitumes routiers pas exemple, selon la norme NF EN 12591, figurent le point de ramollissement (température bille et anneau en °C) et la pénétrabilité à 25°C (unité 1/10 mm), mesurées selon des méthodes normalisées. Ces méthodes dont les normes sont répertoriées dans la norme NF EN 12591, sont rappelées à la fin de la présente description.
Dans la présente description, un fluxant est un composant permettant de fluidifier le bitume. Le fluxant du bitume selon l’invention peut modifier les propriétés de la ou des bases bitumes du bitume selon l’invention, en particulier réduire le point de ramollissement bille et anneau, et/ou augmenter la pénétrabilité à 25°C, et/ou améliorer la stabilité à l’oxydation (mesures du point de ramollissement bille et anneau et de la pénétrabilité à 25°C par exemple après test RTFOT).
Les asphaltènes C7, aussi appelés asphaltènes dans la présente description, sont des composés insolubles à l'heptane, selon la norme ASTM D6560 (correspondant à la norme NF T60-115).
Dans la présente description, les pressions sont exprimées en valeurs absolues, sauf spécifié autrement.
Selon l’invention, on utilise donc un asphalte obtenu par un désasphaltage au solvant de R1 en tant qu’une première base bitume B1 pour la préparation d’un bitume, en mélange avec B2 et/ou F, B1 formant entre 40% et 75% poids du bitume, le reste du bitume, i.e. 25% et 60% poids du bitume, étant constitué B2 et/ou F.
B1 a un point de ramollissement compris entre 50°C et 110°C, B2 est constituée par R1 et/ou R2, F est constitué par au moins un extrait aromatique, et le bitume comporte :
- au maximum 75% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et F,
- au maximum 50% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et B2, et
- au maximum 70% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et un mélange de F avec B2.
B1 a un point de ramollissement compris entre 50°C et 110°C, B2 est constituée par R1 et/ou R2, F est constitué par au moins un extrait aromatique, et le bitume comporte :
- au maximum 75% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et F,
- au maximum 50% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et B2, et
- au maximum 70% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et un mélange de F avec B2.
Alors que chacune des bases bitumes B1 et B2 ne peut être utilisée seule, c’est-à-dire sans autre composant entrant dans la formulation du bitume y compris un fluxant, pour formuler un bitume conformes aux normes, notamment aux normes sur les bitumes routiers comme celles du document NF EN 12591, l’association avantageuse de B1 avec B2 et/ou F dans les proportions indiquées le permet.
Première base bitume B1
Selon l’invention, il est possible de formuler un bitume avec une grande quantité, i.e. de 40% à 75%, d’asphalte obtenu par un désasphaltage au solvant d’un résidu sous vide issu de la distillation d’un effluent hydroconverti par un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant d’une charge lourde d’hydrocarbures, qui est le résidu dit ultime d’un tel procédé.
Le procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant et la production de ce résidu ultime entrant dans la composition du bitume selon l’invention sont décrits plus loin.
La charge du procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant produisant B1 est de préférence un résidu sous vide issu de la distillation directe d’un pétrole brut, i.e. sans étape autre que la distillation (atmosphérique et sous vide) du pétrole brut.
Par pétrole brut on entend également un mélange de pétroles bruts.
Selon un mode de réalisation, ledit pétrole brut est différent d’un brut à bitumes, ce qui permet par exemple de s’affranchir de la nécessité d’utiliser un pétrole brut bien spécifique, i.e. un brut à bitumes, et de valoriser les produits issus d’une raffinerie traitant des pétroles bruts autres que les bruts à bitumes pour la fabrication de bitumes.
Par brut à bitumes on entend des bruts dont le résidu de distillation directe par distillation sous vide permet d’avoir des caractéristiques compatibles avec celles recherchées pour les bitumes, par exemple en terme de pénétrabilité ou de point de ramollissement. Sur environ 1300 bruts recensés dans le monde, seuls 10% sont utilisés par les pétroliers pour élaborer directement des bases bitumes. Il s’agit de bruts lourds à teneur élevée en résidu sous vide distillant au-delà de 500°C voire 550°C (de l’ordre de 20 à 50% poids) et dont la fraction résiduelle a une densité élevée, en général au-delà de 1030 kg/m3, une viscosité à 100°C en général supérieure à 3000 mm2/s, une teneur en hydrocarbures saturés en général inférieure à 10% avec au plus quelques pourcents de paraffines et une assez forte à forte teneur en asphaltènes à l’heptane, en général supérieure à 10 % poids. Ces caractéristiques sont souvent associés à une teneur élevée en soufre, généralement supérieure à 4 % poids : des exemples typiques de bruts à bitumes sont des bruts lourds du Vénézuela ou du Mexique, ou encore le brut Arabe Lourd produit en Arabie Saoudite.
Par exemple, un résidu sous vide utilisé typiquement comme charge du procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant est issu de pétrole brut Oural dont le résidu sous vide de distillation directe est beaucoup trop mou pour produire des bases bitumes. Il comporte aussi une teneur assez élevée en paraffines, de l’ordre de 15 % poids selon le point de coupe) et une teneur faible en asphaltènes C7, de l’ordre de 5 % poids selon le point de coupe.
En revanche, l’asphalte obtenu à partir du désaphaltage du résidu sous vide non converti après hydroconversion est beaucoup plus dur, avec une très faible teneur (négligeable) en hydrocarbures saturés et une teneur élevée en aromatiques, résines et asphaltènes, typiquement avec une teneur en asphaltènes C7 comprise entre 10 et 40% poids et une teneur en hydrocarbures saturés inférieure à 6 % poids.
B1 a un point de ramollissement compris entre 50°C et 120°C. De préférence, B1 a un point de ramollissement compris entre 55°C et 110°C, et plus préférentiellement compris entre 70°C et 100°C.
De préférence, B1 a une pénétrabilité à 25°C inférieur à 20 1/10 mm.
De préférence, B1 a une pénétrabilité à 25°C inférieur à 20 1/10 mm.
Un tel résidu ultime est différent des bases bitumes conventionnelles, telles que les résidus de distillation atmosphérique ou sous vide de pétroles bruts, les résidus de viscoréduction, ou encore des résidus slurry de craquage catalytiques comme le craquage catalytique fluide dit FCC (pour « Fluid Catalytic Cracking » selon la terminologie anglo-saxonne), ou les résidus sous vide d’hydroconversion en lit bouillonnant, quant à sa composition chimique et ses propriétés physico-chimiques et rhéologiques, comme le sait l’homme du métier.
Ainsi, le résidu ultime utilisé dans l’invention est différent des résidus de distillation atmosphérique ou sous vide de pétroles bruts qui sont issus de procédés de séparation de diverses coupes hydrocarbonées du pétrole brut au cours desquels les molécules ne subissent pas (ou peu) de transformation, contrairement à la charge lourde hydrocarbonées dans le procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant dont est issu le résidu ultime. Les résidus atmosphériques ou sous vide issus de la distillation du pétrole brut peuvent contenir de 2% à 25% poids d'asphaltènes.
Les résidus de viscoréduction, plus précisément les résidus sous vide de viscoréduction, sont des résidus issus de la distillation sous vide des produits résultant d'un procédé de viscoréduction. On sait que l'on désigne par viscoréduction un traitement de charges hydrocarbonées lourdes, consistant à amener ces charges à l'état liquide dans un four à une température de craquage des hydrocarbures les plus lourds. La réaction de craquage peut se poursuivre dans un maturateur, dans lequel, sans autre chauffage, les charges se déplacent à une vitesse telle qu'à la température considérée elles aient un temps de séjour suffisant pour obtenir le craquage désiré des molécules lourdes en molécules plus légères. La température est généralement de l'ordre de 400°C à 500°C et la pression d'environ 0,2 à 3 MPa. Le craquage résulte en une réduction de la viscosité de la charge traitée. Les produits de craquage, y compris les produits gazeux éventuellement formés, sont évacués en direction d'un ensemble de fractionnement par distillation atmosphérique, puis par distillation sous vide. Un résidu viscoréduit (RVR) peut contenir de 10% à 30% poids d'asphaltènes.
Les résidus de craquage catalytique, tel que le procédé FCC, sont issus de procédés dans lesquels les molécules sont craquées en molécules plus légères en présence d'un catalyseur spécifique de craquage et éventuellement de dihydrogène. Le procédé FCC opère habituellement à des conditions de température de 480°C à 540°C et des conditions de pression de 0,2 MPa à 0,3 MPa. La coupe 350°C+ peut contenir de 0, 1 à 8% poids d’asphaltènes.
Les résidus slurry sont les résidus sous vide ultimes issus de procédés d'hydroconversion en phase slurry. Les procédés d 'hydroconversion en phase slurry sont opérés à haute sévérité pour convertir des charges lourdes complexes, par exemple des résidus atmosphériques et résidus sous vide, des résidus issus d'unité de désasphaltage, des effluents viscoréduits (craquage thermique), des effluents lourds 350°C+ issus d'une unité de FCC dont le slurry de FCC, des huiles de schiste, de la biomasse, ou encore du charbon. Les procédés d 'hydroconversion en phase slurry opèrent habituellement à une température comprise entre 400°C et 500°C, par exemple entre 410°C et 470°C, et à une pression d'hydrogène généralement comprise entre 9 MPa et 25 MPa, par exemple entre 10 et 17 MPa. La vitesse spatiale liquide horaire (rapport du débit de la charge sur le volume réactionnel) est typiquement comprise entre 0,05 et 1,5 h-1. Ces procédés sont généralement mis en œuvre dans des réacteurs à colonne à bulles, isothermes. Après une étape d’hydroconversion dans un réacteur contenant un catalyseur en slurry contenant au moins un métal, il est réalisé une séparation de l'effluent d'hydroconversion, comportant trois sous étapes réalisées chacune dans une colonne de distillation: une distillation de l’effluent slurry hydroconverti en une coupe C6- et une coupe C6+ à haute température et haute pression (environ 300°C et 15 MPa), ensuite une distillation atmosphérique (à pression atmosphérique ) de la coupe C6+ en une coupe 350°C+ à haute température (environ 300°C), puis une distillation sous vide, à haute température (supérieure à 300°C) de la coupe 350°C+ pour former une coupe 525°C- et une coupe 525°C+ qui correspond au résidu slurry ultime. Le résidu slurry peut contenir une quantité importante d’asphaltènes, par exemple entre 15% et 50% d’asphaltènes, en fonction de l'origine de la charge. Cependant, du fait de la technologie slurry basé sur l’emploi de catalyseur de très petite taille, les résidus slurry se distinguent d’autres résidus en ce qu’ils contiennent des particules de catalyseur dans une teneur variable, par exemple jusqu’à 5% poids du résidu.
Les résidus sous vide d’un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant sont issus de la distillation atmosphérique puis sous vide d’un effluent issu d’une ou plusieurs étapes d’hydroconversion en lit bouillonnant, comme décrit plus loin pour le procédé d’hydroconversion à l’origine de B1 et R1. De tels résidus ont une teneur variable en asphaltènes, dépendant aussi de l’origine de la charge, et par exemple supérieure à 5 % poids et inférieure à 10 % poids. Contrairement aux résidus slurry, ils ne contiennent pas de quantités significatives de catalyseur.
Deuxième base bitume B2
Selon l’invention, le bitume peut contenir une deuxième base bitume B2 qui est soit le résidu sous vide issu du même procédé d’hydroconversion à l’origine de B1 (même charge traitée et même procédé), soit un autre résidu sous vide R2 issu de la distillation directe d’un pétrole brut, avec ou sans présence de F dans le bitume. La deuxième base bitume peut également être constituée d’un mélange de R1 et R2.
Premier résidu sous vide R1
L’origine de R1 est détaillée plus bas avec la description du procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant. R1 et B1 sont issus du même procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant.
Ainsi, comme pour B1, la charge du procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant est de préférence un résidu sous vide issu de la distillation directe d’un pétrole brut (ou un mélange de pétroles bruts), et ledit pétrole brut peut être différent d’un brut à bitumes, tel que décrit plus haut en relation avec B1.
R1 ne contient pas de particules de catalyseur, ou éventuellement à l’état de traces (< à 100 mg/kg).
R1 peut avoir une teneur en asphaltènes C7supérieure à 5 % et inférieure à 10 % poids.
R1 peut avoir une teneur en hydrocarbures saturés supérieure à 10% poids.
R1 a de préférence un point de ramollissement inférieur à 50°C. De préférence, R1 a un point de ramollissement inférieur à 45°C, et plus préférentiellement inférieur à 40°C. R1 a de préférence un point de ramollissement supérieur à 28°C.
De préférence, R1 a une pénétrabilité à 25°C supérieure à 60 1/10 mm. R1 a de préférence une pénétrabilité à 25°C inférieure à 400 1/10 mm .
De préférence, R1 a une pénétrabilité à 25°C supérieure à 60 1/10 mm. R1 a de préférence une pénétrabilité à 25°C inférieure à 400 1/10 mm .
Deuxième résidu sous vide R2
R2 est un deuxième résidu sous vide issu d’une distillation directe d’un pétrole brut, i.e. sans étape autre que la distillation du pétrole brut. R2 est ainsi différent de R1.
R2 est obtenu par une distillation atmosphérique suivie d’une distillation sous vide d’un pétrole brut.
De préférence, ledit pétrole brut est différent d’un brut à bitumes, ce qui confère un avantage du fait de ne pas être contraint par l’utilisation d’un pétrole brut spécifique, e.g un brut à bitumes, constituant une petite partie de la production mondiale de pétroles bruts, comme déjà expliqué plus haut.
R2 peut être issu de la distillation d’un pétrole brut différent du pétrole brut qui peut être utilisé pour former le résidu sous vide en tant que charge du procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant donnant produisant R1 et B1.
Avantageusement, ledit pétrole brut est identique au pétrole brut donnant lieu au résidu sous vide utilisé en tant que charge dans le procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant à l’origine de R1 et B1. Ainsi, il est possible de former un bitume selon l’invention à partir d’un seule et même pétrole brut, et de préférence différent d’un brut à bitumes.
R2 peut avoir une teneur en asphaltènes comprise entre 5 % et 20 % poids.
R2 a de préférence un point de ramollissement inférieur à 50°C. De préférence,R2 a un point de ramollissement inférieur à 45°C, et plus préférentiellement inférieur à40°C. R2 a de préférence un point de ramollissement supérieur à. 28°C
De préférence, R2 a une pénétrabilité à 25°C supérieure à 60 1/10 mm. R2 a de préférence une pénétrabilité à 25°C inférieure à 400 1/10 mm.
De préférence, R2 a une pénétrabilité à 25°C supérieure à 60 1/10 mm. R2 a de préférence une pénétrabilité à 25°C inférieure à 400 1/10 mm.
Fluxant F
Selon l’invention, le bitume peut contenir un fluxant F en mélange avec la première base bitume B1 ou en mélange avec B1 et la deuxième base bitume B2.
F est constitué par au moins une coupe lourde aromatique ayant un point initial supérieur à 350°C, un point 90% distillé inférieur à 650°C selon la norme ASTM D2887, et une teneur en hydrogène supérieure à 8,5 % poids, et de préférence est constitué par ladite coupe lourde aromatique (i.e. une seule coupe lourde aromatique).
F est avantageusement une coupe d’origine pétrolière à faible teneur en hydrocarbures saturés, typiquement inférieure à 10 % poids, à tendance fortement aromatique.
De préférence ladite coupe lourde aromatique est une coupe aromatique extraite de distillats sous vide, obtenus avantageusement lors de la fabrication d’huiles lubrifiantes, par exemple un extrait aromatique issu de l’extraction au solvant de distillats sous vide obtenus dans un procédé de fabrication d’huiles lubrifiantes. Typiquement l’extrait aromatique issu de ce type de procédés a une densité comprise entre 1000 g/L et 1050 g/L, une teneur en hydrocarbures saturés inférieure à 10 % poids, une teneur en composés aromatiques supérieures à 50 % poids et une teneur en hydrogène comprise entre 8,5 et 11% poids.
Composition du bitume
Selon l’invention, le bitume est une composition binaire, une composition ternaire, ou une composition quaternaire.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le bitume est une composition binaire, et est constitué soit par B1 et F, soit par B1 et R1.
Le bitume selon l’invention contient entre 40% et 75% poids de B1 quand il est constitué par B1 et F.
Le bitume selon l’invention comporte entre 40% poids et 50% poids de B1 quand il est constitué par B1 et B2, B2 étant constitué de préférence par R1.
Selon un autre mode de réalisation, le bitume une composition ternaire, et est constitué par B1, B2 (constitué par R1 ou R2) et F.
Le bitume selon l’invention comporte entre 40% poids et 70% poids de B1 quand il est constitué par B1 et un mélange de F avec B2.
Selon un mode de réalisation, le bitume de composition ternaire selon l’invention comporte entre 40% poids et 60% poids de B1, entre 25% et 45% poids de B2 (constitué de R1 ou R2), et entre 5% poids et 15 % poids de F. Plus préférentiellement, un tel bitume de composition ternaire comporte entre 40% et 55% poids de B1, entre 30% et 45% poids de B2 (constitué par R1 et/ou R2), et entre 5% poids et 15 % poids de F.
Selon un mode de réalisation, le bitume de composition ternaire selon l’invention comporte entre 40% poids et 60% poids de B1, entre 25% et 45% poids de B2 (constitué de R1 ou R2), et entre 5% poids et 15 % poids de F. Plus préférentiellement, un tel bitume de composition ternaire comporte entre 40% et 55% poids de B1, entre 30% et 45% poids de B2 (constitué par R1 et/ou R2), et entre 5% poids et 15 % poids de F.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le bitume est une composition quaternaire, et est constitué par B1, B2 constitué de R1 et R2, et F.
On rappelle que la somme des pourcentages massiques de B1, B2 et F est toujours égale à 100%.
Le bitume selon cette composition ternaire est de préférence constitué par B1, R1 et F, qui a notamment pour avantage que les deux bases bitumes B1 et B2, B2 étant constitué par R1, proviennent du même procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant traitant une même charge lourde d’hydrocarbures.
Ainsi, le bitume selon l’invention peut être avantageusement formulé exclusivement ou presque exclusivement avec les résidus d’un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant : c’est le cas pour un composition binaire d’un bitume selon l’invention constitué par B1 et R1. C’est également le cas pour une composition ternaire d’un bitume selon l’invention constitué par B1, R1 et F, dans lequel B1 et R1 peuvent par exemple représenter entre 85% et 95% poids du bitume et F représenter entre 5% poids et 15% poids du bitume.
Le bitume selon l’invention est avantageusement un bitume routier, qui a un point de ramollissement bille et anneau supérieur ou égal à 43°C et inférieur à 58°C, et une pénétrabilité à 25°C supérieure ou égale à 35°C et inférieure à 100°C.
Le bitume selon l’invention peut être un bitume de grade 35-50 à 70-100 selon la norme FR EN 12591.
Le bitume selon l’invention peut être un bitume de grade PG 58-16 selon le système Nord-Américain SUPERPAVE.
L’invention concerne ainsi également un revêtement routier consistant en un mélange d’un bitume selon l’invention avec un agrégat minéral approprié, par exemple des granulats, i.e. des cailloux, graviers, sables.
Le procédé d'hydroconversion en lit bouillonnant
Le procédé d'hydroconversion en lit bouillonnant, par exemple de type H-OilTM, pour l'hydroconversion des charges lourdes d'hydrocarbures est un procédé connu de l'homme du métier. Un tel procédé repose sur l’hydroconversion d’une charge lourde d’hydrocarbures dans un ou plusieurs réacteurs triphasiques d'hydroconversion, qui peuvent être en série et/ou en parallèle, fonctionnant en lit bouillonnant, typiquement à l'aide de la technologie et dans les conditions du procédé H-OilTM tel que décrit dans les brevets US4521295 ou US4495060 ou US4457831 ou US4354852, ou dans l'article AIChE, March 19-23, 1995, Houston, Texas, paper number 46d, "Second generation ebullated bed technology", ou dans le chapitre 3.5 "Hydroprocessing and Hydroconversion of Residue Fractions" de l’ouvrage "Catalysis by Transition Metal Sulphides", édité par les Éditions Technip en 2013. Selon cette mise en œuvre, chaque réacteur triphasique est opéré en lit fluidisé dit lit bouillonnant. Chaque réacteur comporte avantageusement une pompe de recirculation permettant le maintien du catalyseur en lit bouillonnant par recyclage continu d'au moins une partie d'une fraction liquide avantageusement soutirée en tête du réacteur et réinjectée en bas du réacteur.
Ledit procédé produisant B1 et R1 entrant dans la composition du bitume selon l’invention, et la charge traitée dans ledit procédé, sont décrits plus en détails ci-après.
La charge
lourde d’hydrocarbures du procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant
La charge traitée dans le procédé dans le procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant est une charge lourde d’hydrocarbures. Avantageusement, cette charge est une charge comprenant des fractions d’hydrocarbures produites dans une raffinerie. Les charges selon l’invention incluent des charges contenant des fractions d’hydrocarbures dont au moins 80 % poids ont une température d'ébullition supérieure à 300°C, des résidus atmosphériques et/ou des résidus sous vide, des résidus atmosphérique et/ou sous vide issues de l’hydrotraitement, de l’hydrocraquage et/ou de l’hydroconversion, des distillats sous vide frais ou raffinés, des résidus de craquage à la vapeur aussi appelé vapocraquage (« steam-cracking » selon la terminologie anglo-saxonne), des coupes provenant d’une unité de craquage comme le FCC, le cokage ou la viscoréduction, des coupes aromatiques extraites d’une unité de production de lubrifiants, des huiles désasphaltées issues d'une unité de désasphaltage, des asphaltes issus d'une unité de désasphaltage aux solvants ou des charges d’hydrocarbures similaires, ou une combinaison de ces charges fraiches et/ou des effluents raffinés. Ladite charge peut également contenir une fraction résiduelle issue de la liquéfaction directe de charbon par procédé thermique avec ou sans hydrogène, avec ou sans catalyseur (un résidu atmosphérique et/ou un résidu sous vide issu par exemple du procédé H-CoalTM), un distillat sous vide issu de la liquéfaction directe de charbon, comme par exemple le procédé H-CoalTM, 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 fraîche et/ou raffinée.
De préférence la charge lourde d’hydrocarbures envoyée dans le procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant contient, et est de préférence constituée par, des fractions d’hydrocarbures dont au moins 80 % poids ont une température d'ébullition initiale d'au moins 300°C, de préférence d’au moins 350°C, et de manière préférée d'au moins 375°C.
Ladite charge est de préférence un pétrole brut ou est constituée de résidu(s) atmosphérique(s) et/ou de résidu(s) sous vide issu(s) de la distillation atmosphérique et/ou sous vide d’un pétrole brut, et de préférence est constituée de résidu(s) sous vide issu(s) de la distillation sous vide d’un pétrole brut, ayant de préférence une température d'ébullition initiale d'au moins 450°C, plus préférentiellement d'au moins 500°C et de manière encore plus préférée d'au moins 540°C.
Toutes les charges citées ci-dessus contiennent des impuretés, comme des métaux, du soufre, de l’azote, du carbone de Conradson et des asphaltènes C7. Ces types de charges sont en effet généralement riches en impuretés avec des teneurs en métaux supérieures ou égales à 20 ppm, voir supérieures ou égales à 100 ppm. La teneur en soufre est supérieure ou égale à 0,5%, voire supérieure ou égale à 1%, et même supérieure ou égale à 2% poids. Le taux d'asphaltènes C7s'élève au minimum à 1% poids et est généralement supérieur ou égal à 3% poids. Les asphaltènes C7sont 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 est supérieure ou égale à 3%, voire supérieure ou égale à 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.
Les étapes
du procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant
Le procédé d'hydroconversion en lit bouillonnant à l’origine de B1 et R1 comprend les étapes a), optionnellement b) et c), ainsi que les étapes d) et e) détaillées ci-dessous.
Première étape a) d’hydroconversion d’une
charge lourde d’hydrocarbures
Une première étape a) d’hydroconversion de la charge lourde d’hydrocarbures est opérée en présence d'hydrogène dans une première section d’hydroconversion comportant au moins un réacteur triphasique contenant au moins un catalyseur d'hydroconversion fonctionnant en lit bouillonnant.
La pression absolue lors de cette étape a) est comprise entre 2 MPa et 38 MPa, la température est comprise entre 300°C et 550°C, la vitesse spatiale horaire par rapport au volume de chaque réacteur triphasique est comprise entre 0,05 h-1et 10 h-1, et la quantité d'hydrogène est comprise entre 50 Nm3/m3et 5000 Nm3/m3.
Cette étape produit un effluent liquide hydroconverti à teneur réduite en asphaltènes C7, en Carbone Conradson, en métaux, en soufre et en azote.
La pression absolue lors de cette étape a) est comprise entre 2 MPa et 38 MPa, la température est comprise entre 300°C et 550°C, la vitesse spatiale horaire par rapport au volume de chaque réacteur triphasique est comprise entre 0,05 h-1et 10 h-1, et la quantité d'hydrogène est comprise entre 50 Nm3/m3et 5000 Nm3/m3.
Cette étape produit un effluent liquide hydroconverti à teneur réduite en asphaltènes C7, en Carbone Conradson, en métaux, en soufre et en azote.
Dans cette étape, la charge est transformée dans des conditions spécifiques d'hydroconversion comme décrites ci-dessus.
L’étape a) est réalisée sous les conditions préférées suivantes :
une pression absolue comprise entre 2 MPa et 35 MPa, plus préférentiellement comprise entre 5 MPa et 25 MPa, et de manière plus préférée comprise entre 6 MPa et 20 MPa, et à une température comprise entre 350°C et 500°C, plus préférentiellement comprise entre 370°C et 430°C, et encore plus préférentiellement comprise entre 380°C et 430°C ;
une quantité d'hydrogène mélangée à la charge est de préférence comprise entre 100 Nm3/m3et 2000 Nm3/m3et de manière très préférée entre 200 Nm3/m3et 1000 Nm3/m3.
une pression absolue comprise entre 2 MPa et 35 MPa, plus préférentiellement comprise entre 5 MPa et 25 MPa, et de manière plus préférée comprise entre 6 MPa et 20 MPa, et à une température comprise entre 350°C et 500°C, plus préférentiellement comprise entre 370°C et 430°C, et encore plus préférentiellement comprise entre 380°C et 430°C ;
une quantité d'hydrogène mélangée à la charge est de préférence comprise entre 100 Nm3/m3et 2000 Nm3/m3et de manière très préférée entre 200 Nm3/m3et 1000 Nm3/m3.
Selon une mise en œuvre, la vitesse volumique horaire du réacteur ou « VVH » (communément appelé « LHSV » pour « Liquid Hourly Space Velocity » ou « LHSV » en anglais) est comprise entre 0,1 h-1et 10 h-1, de préférence entre 0,1 h-1et 5 h-1, et plus préférentiellement entre 0,15 h-1et 2 h-1. Selon une autre mise en œuvre, la VVH est comprise entre 0,05 h-1et 0,09 h-1, et de préférence comprise entre 0,05 h-1et 0,08 h-1. Il s’agit de la VVH par rapport au réacteur, définie comme le ratio du débit volumique de charge liquide qui entre dans le réacteur, mesuré aux conditions ambiantes, également appelé conditions standards (typiquement à 15°C et 1 atm, soit 0,101325 MPa), par rapport au volume du réacteur.
Le ou les réacteurs triphasiques sont des réacteurs fonctionnant en lit bouillonnant. Les réacteurs peuvent être en série et/ou en parallèle. Dans le réacteur sont mis en la charge lourde d’hydrocarbures liquide, la phase gaz hydrogène dispersée sous forme de bulles, et le catalyseur lui-même dispersé sous forme de particules d’une taille typiquement comprise entre 0,4 mm et 4,4 mm.
Selon une mise en œuvre, le réacteur d’hydroconversion (ou chaque réacteur s’il y en a plusieurs) comporte avantageusement une pompe de recirculation permettant le maintien du catalyseur en lit bouillonnant par recyclage continu d'au moins une partie d'une fraction liquide avantageusement soutirée en tête du réacteur et réinjecté en bas du réacteur.
Le taux de recyclage liquide, défini comme le rapport du débit liquide recyclé sur le débit de charge liquide entrant, est généralement compris entre 1 à 10.
Le catalyseur d'hydroconversion utilisé dans l’étape a) d'hydroconversion contient un ou plusieurs éléments des groupes 4 à 12 du tableau périodique des éléments, qui peuvent être déposés sur un support ou pas. On peut avantageusement utiliser un catalyseur comprenant un support, de préférence amorphe, tels que du silice, de l'alumine, du silice-alumine, du dioxyde de titane ou des combinaisons de ces structures, et de manière très préférée de l'alumine, et au moins un métal du groupe VIII choisi parmi le nickel et le cobalt et de préférence le nickel, ledit élément du groupe VIII étant de préférence utilisé en association avec 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.
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, le groupe VIII selon la classification CAS correspond aux métaux des colonnes 8, 9 et 10 selon la nouvelle classification IUPAC
Avantageusement, le catalyseur d'hydroconversion de I'étape a) est un catalyseur comprenant un support alumine et au moins un métal du groupe VIII choisi parmi le nickel et le cobalt, de préférence le nickel, ledit élément du groupe VIII étant utilisé en association avec au moins un métal du groupe VIB choisi parmi le molybdène et le tungstène, de préférence, le métal du groupe VIB est le molybdène. De préférence, le catalyseur d'hydroconversion comprend le nickel en tant qu'élément du groupe VIII et le molybdène en tant qu'élément du groupe VIB. La teneur en nickel est avantageusement comprise entre 0,5 à 10 % exprimée en poids d'oxyde de nickel (NiO) et de préférence entre 1 à 6 % poids, et la teneur en molybdène est avantageusement comprise entre 1 et 30 % exprimée en poids de trioxyde de molybdène (MoO3) et de préférence entre 4 et 20 % poids par rapport au poids du catalyseur.
Ce catalyseur est avantageusement utilisé sous forme d'extrudés ou de billes. Les billes ont par exemple un diamètre compris entre 0,4 mm et 4,0 mm. Les extrudés ont par exemple une forme cylindrique d’un diamètre compris entre 0,5 mm et 4,0 mm et d’une longueur comprise entre 1 mm et 5 mm. Les extrudés peuvent également être des objets d’une forme différente tels que des trilobes, des tétralobes réguliers ou irréguliers, ou d’autres multilobes. Des catalyseurs d’autres formes peuvent également être utilisés.
La taille de ces différentes formes de catalyseurs peut être caractérisée à l’aide du diamètre équivalent. Le diamètre équivalent est défini par 6 fois le ratio entre le volume de la particule et la surface externe de la particule. Le catalyseur utilisé sous forme d'extrudés, de billes ou d’autres formes a donc un diamètre équivalent compris entre 0,4 mm et 4,4 mm, de préférence compris entre 0,5 mm et 4,4 mm. Ces catalyseurs sont bien connus de l’homme du métier.
La taille de ces différentes formes de catalyseurs peut être caractérisée à l’aide du diamètre équivalent. Le diamètre équivalent est défini par 6 fois le ratio entre le volume de la particule et la surface externe de la particule. Le catalyseur utilisé sous forme d'extrudés, de billes ou d’autres formes a donc un diamètre équivalent compris entre 0,4 mm et 4,4 mm, de préférence compris entre 0,5 mm et 4,4 mm. Ces catalyseurs sont bien connus de l’homme du métier.
Le catalyseur d'hydroconversion usagé peut conformément au procédé être en partie remplacé par du catalyseur frais par soutirage, de préférence en bas du réacteur, et par introduction, soit en haut soit en bas du réacteur, de catalyseur frais et/ou de catalyseur usagé et/ou de catalyseur régénéré et/ou de catalyseur réjuvéné, de préférence à intervalle de temps régulier et de manière préférée par bouffée ou de façon quasi continue. Le remplacement de catalyseur peut être fait tout ou en partie par du catalyseur usagé et/ou régénéré et/ou réjuvéné issu du même réacteur et/ou d'un autre réacteur de n'importe quelle étape d'hydroconversion. Le catalyseur peut être ajouté avec les métaux sous forme d'oxydes de métaux, avec les métaux sous forme de sulfures de métaux, ou après un préconditionnement. Pour chaque réacteur, le taux de remplacement du catalyseur d'hydroconversion usé par du catalyseur frais est avantageusement compris entre 0,01 kg et 10 kg par mètre cube de charge traitée, et de préférence entre 0,1 kg et 3 kg par mètre cube de charge traitée. Ce soutirage et ce remplacement sont effectués à l'aide de dispositifs permettant avantageusement le fonctionnement continu de cette étape d'hydroconversion.
Il est également possible d'envoyer le catalyseur usé soutiré du réacteur dans une zone de régénération dans laquelle on élimine le carbone et le soufre qu'il renferme puis de renvoyer ce catalyseur régénéré dans l'étape d'hydroconversion. Il est également possible d'envoyer le catalyseur usé soutiré du réacteur dans une zone de réjuvénation dans laquelle on élimine la majeure partie des métaux déposés, avant d'envoyer le catalyseur usé et réjuvéné dans une zone de régénération dans laquelle on élimine le carbone et le soufre qu'il renferme puis de renvoyer ce catalyseur régénéré dans l'étape d'hydroconversion.
Etape b)
de séparation de l’effluent hydroconverti issu
de l’étape a)
Cette étape est optionnelle. Le procédé comprend de préférence l’étape b).
Selon cette étape b) on sépare l’effluent hydroconverti issu de la première étape a) hydroconversion pour former au moins une fraction légère et une fraction lourde.
De manière préférée, au moins une partie de l’effluent hydroconverti issu de la première étape a) est envoyée à l’étape de séparation b).
Cette étape de séparation est réalisée avec l’objectif d’obtenir avantageusement au moins une fraction liquide légère, bouillant de préférence majoritairement à une température inférieure à 350°C, et au moins une fraction liquide lourde, de préférence bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C.
Cette étape de séparation b) produit donc au moins deux fractions dont la fraction liquide lourde, la ou les autres coupes étant des coupes légère et intermédiaire(s).
La fraction légère ainsi séparée contient de préférence les gaz légers dissous (H2et C1-C4), 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 partie du gazole (fraction bouillant entre 250°C et 375°C).
La fraction légère peut être envoyée au moins en partie à une unité de fractionnement dans laquelle les gaz légers (H2et C1-C4) peuvent être extraits de la fraction légère, par exemple par passage dans un ballon de flash. L'hydrogène gazeux ainsi récupéré peut être avantageusement recyclé à l'entrée de la première étape 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 envoyées dans ladite colonne sont séparées.
La fraction liquide lourde issue de l’étape de séparation b), bouillant de préférence majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, contient de préférence au moins une fraction bouillant à une température supérieure ou égale à 540°C (aussi appelée fraction 540°C+), qui est la fraction non convertie. La fraction liquide lourde peut également contenir, en plus de la fraction 540°C+, une fraction bouillant entre 375°C et 540°C, appelée distillat sous vide. Elle peut éventuellement aussi contenir une partie de la fraction gazole bouillant entre 250°C et 375°C.
Cette fraction liquide lourde peut ensuite être envoyée en totalité ou en partie vers une deuxième étape d'hydroconversion c), tel que décrit plus bas.
L’étape de séparation b) peut comprend pour sa mise en œuvre tout moyen de séparation connu par l'homme du métier.
La séparation peut ainsi être mise en œuvre dans 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 b) est réalisée par un ou plusieurs ballons de flash disposés en série.
Selon une mise en œuvre préférée, l’étape de séparation b) 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 réacteur de l’étape d'hydroconversion a) (ou du dernier réacteur d’hydroconversion si plusieurs sont mis en œuvre lors de l’étape 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 b) est réalisée par un enchainement de plusieurs ballons de flash, opérant à des conditions opératoires différentes de celles du réacteur de l’étape 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 peut être ensuite envoyée au moins en partie vers la deuxième étape d’hydroconversion c).
Dans une autre mise en œuvre, l’étape de séparation b) est réalisée par une ou plusieurs colonnes de stripage à la vapeur et/ou à l'hydrogène.
Dans une autre mise en œuvre, l’étape de séparation b) est réalisée dans une colonne de distillation atmosphérique séparant l'effluent liquide issu de la première étape d'hydroconversion a). La fraction liquide lourde récupérée de la colonne de distillation atmosphérique qui peut ensuite être envoyée au moins en partie vers la deuxième étape d’hydroconversion c).
Dans une autre mise en œuvre; l’étape de séparation b) est réalisée par une colonne de distillation atmosphérique séparant l'effluent liquide issu de la première étape 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 la deuxième étape d’hydroconversion c).
L’étape de séparation b) peut également être constituée d'une combinaison des différentes mises en œuvre décrites ci-dessus, dans un ordre différent de celui décrit.
Optionnellement, avant d'être envoyée vers la deuxième étape d’hydroconversion c), 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.
Deuxième étape c) d’hydroconversion
Cette étape est optionnelle. Cependant, le procédé comprend de préférence cette deuxième étape c) d’hydroconversion.
Selon l’étape c), on effectue l’hydroconversion de l’effluent liquide hydroconverti issu de la première étape a) d’hydroconversion, ou de la fraction lourde issue de l’étape b) si une telle étape est mise en œuvre, en présence d'hydrogène, dans une deuxième section d’hydroconversion comportant au moins un réacteur triphasique contenant au moins un catalyseur d'hydroconversion fonctionnant en lit bouillonnant.
Selon l’étape c), on effectue l’hydroconversion de l’effluent liquide hydroconverti issu de la première étape a) d’hydroconversion, ou de la fraction lourde issue de l’étape b) si une telle étape est mise en œuvre, en présence d'hydrogène, dans une deuxième section d’hydroconversion comportant au moins un réacteur triphasique contenant au moins un catalyseur d'hydroconversion fonctionnant en lit bouillonnant.
La première étape d’hydroconversion et la deuxième étape d’hydroconversion sont des étapes séparées, réalisées dans des sections d’hydroconversion différentes.
La deuxième section d’hydroconversion de la deuxième étape d’hydroconversion comporte au moins un réacteur triphasique contenant au moins un catalyseur d'hydroconversion, comme décrit plus haut pour l’étape a).
La deuxième étape c) d’hydroconversion est mise en œuvre de manière similaire à ce qui a été décrit pour la première étape d’hydroconversion a), et sa description n’est donc pas répétée ici. Cela vaut pour notamment pour les conditions opératoires, les équipements mis en œuvre, le ou les catalyseurs d’hydroconversion utilisés, à l’exception des précisions données ci-dessous.
A l’étape c), les conditions opératoires peuvent être plus sévères que dans la première étape a) 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 d'une 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 Nm3/m3 et 5000 Nm3/m3 de charge liquide, de préférence entre 100 Nm3/m3et 2000 Nm3/m3, et d’une manière encore plus préférée entre 200 Nm3/m3et 1000 Nm3/m3. Les autres paramètres de pression et de VVH sont dans des gammes identiques à celles décrites pour la première étape a) d’hydroconversion.
E
tape d)
de
fractionnement
de l’effluent hydroconverti
On effectue une étape d) de fractionnement d’une partie ou de la totalité de l’effluent liquide hydroconverti issu de la première étape a) d’hydroconversion ou de l’effluent liquide hydroconverti issu de la deuxième étape c) d’hydroconversion si l’étape c) est mise en œuvre, en particulier par distillation atmosphérique suivie d’une distillation sous vide.
On produit ainsi au moins le premier résidu sous vide R1, qui bout de préférence majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, R1 contenant de préférence une fraction résiduelle bouillant à une température supérieure ou égale à 540°C.
On produit ainsi au moins le premier résidu sous vide R1, qui bout de préférence majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, R1 contenant de préférence une fraction résiduelle bouillant à une température supérieure ou égale à 540°C.
L’étape d) de fractionnement est réalisée dans une colonne de distillation atmosphérique et une colonne sous vide qui reçoit sur le résidu atmosphérique. Selon un mode de réalisation, l’étape d) comporte aussi la mise en œuvre d’un ou plusieurs ballons de flash en amont de la colonne de distillation atmosphérique.
L’étape d) de fractionnement est réalisée avec l’objectif de séparer les effluents à différents points de coupe, et avantageusement d’obtenir au moins une fraction liquide lourde appelée ici premier résidu sous vide R1, qui est un résidu sous vide non converti, aussi généralement appelé « UCO » pour Unconverted Oil selon la terminologie anglo-saxonne, bouillant de préférence majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, plus préférentiellement supérieure ou égale à 500°C et de manière encore plus préférée supérieure ou égale à 540°C.
E
tape e) de désasphaltage
de
R1 i
ssu de l’étape d)
A l’étape e) du procédé, on effectue un désasphaltage au solvant (« SDA » pour Solvent DeAsphalting selon la terminologie anglo-saxonne) de R1 issu de l’étape d).
Le désasphaltage au solvant est bien connu 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 Pétrole, 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 US4239616, US4354922, US4354928, US4440633, US4536283, et US4715946. Le désasphaltage est une extraction liquide-liquide généralement effectuée à une température moyenne comprise entre 60°C et 250°C avec au moins un solvant hydrocarboné ayant de 3 à 7 atomes de carbone, de préférence paraffinique.
L’étape e) est de préférence réalisée à une température comprise entre 40°C et 150°C, de préférence comprise entre 45°C et 130°C, et une pression comprise entre 2 MPa et 6MPa, et plus préférentiellement comprise entre 3 MPa et 6 MPa.
Le désasphaltage est avantageusement réalisé avec au moins un solvant hydrocarboné comprenant majoritairement, de préférence plus de 80%, des composés ayant 3 à 4 atomes de carbone tel que du butane ou du propane ou leur mélange.
Le ou les solvants peuvent éventuellement être additionnés d'au moins un additif. Les solvants utilisables et les additifs sont largement décrits dans la littérature.
Le désasphaltage est avantageusement réalisé avec au moins un solvant hydrocarboné comprenant majoritairement, de préférence plus de 80%, des composés ayant 3 à 4 atomes de carbone tel que du butane ou du propane ou leur mélange.
Le ou les solvants peuvent éventuellement être additionnés d'au moins un additif. Les solvants utilisables et les additifs sont largement décrits dans la littérature.
Le ratio solvant/charge (volume/volume), entrant dans le désasphalteur, est de préférence compris entre 4/1 et 10/1, de préférence compris entre 5/1 et 10/1, plus préférentiellement compris entre 5/1 et 9/1.
Cette étape e) produit une fraction désasphaltée, communément appelée « DAO » pour « Deasphalted Oil » selon la terminologie anglo-saxonne, et un asphalte, parfois appelé « pitch » de désasphaltage selon la terminologie anglo-saxonne.
Cette étape e) produit une fraction désasphaltée, communément appelée « DAO » pour « Deasphalted Oil » selon la terminologie anglo-saxonne, et un asphalte, parfois appelé « pitch » de désasphaltage selon la terminologie anglo-saxonne.
Le désasphaltage peut être réalisé dans un ou plusieurs mélangeurs-décanteurs ou dans une ou plusieurs colonnes d'extraction. Le désasphalteur comprend ainsi au moins un mélangeur-décanteur ou au moins une colonne d'extraction.
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, qui est une section pouvant être utilisée pour mettre en œuvre une sous étape intégrée de séparation de la fraction comprenant la DAO et du solvant ou du mélange de solvants. Ce procédé opticritique 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 SolvahlTM).
Le rendement en DAO est généralement compris entre 30% poids et 95% poids selon les conditions opératoires et le solvant utilisés, et selon la charge envoyée au désasphalteur et notamment la qualité du résidu sous vide R1 issu de l’étape de fractionnement d).
Le tableau 1 ci-dessous donne les gammes des conditions opératoires typiques pour le désasphaltage en fonction du solvant :
| Solvant | Propane | Butane |
| Pression (MPa) | 3 – 6 | 3 – 6 |
| Température moyenne (°C) | 45 – 90 | 80 – 130 |
| Ratio Solvant/Charge (v/v) | 6 – 10 | 5 – 8 |
Les conditions du désasphaltage sont adaptées à la qualité du DAO à obtenir et à la charge entrant au désasphaltage, mais aussi à la qualité de l’asphalte selon l’usage qu’on veut en faire, ledit asphalte étant d’autant plus dur que le poids moléculaire du solvant paraffinique est élevé.
L’étape e) produit une DAO pratiquement exempte d'asphaltènes C7et un asphalte concentrant la majeure partie des impuretés du résidu sous vide R1.
La coupe hydrocarbonée désasphaltée DAO obtenue présente avantageusement une teneur en asphaltènes C7inférieure à 0,5% poids, de manière préférée inférieure à 0,1% poids, et mieux inférieure à 0,08% ou à 0,07% poids, par rapport au poids total de ladite coupe.
L’asphalte obtenu présente avantageusement une teneur en asphaltènes C7comprise entre 10% et 40% poids et typiquement une teneur en hydrocarbures saturés inférieure à 6% poids par rapport au poids total dudit asphalte.
Dans un mode de réalisation, la totalité ou de préférence une partie de ladite fraction désasphaltée DAO est recyclée à l’étape a) et/ou à l’étape c).
Le procédé de préparation d’un bitume
On prépare un bitume selon l’invention, en réalisant les étapes a) à e) du procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant décrites ci-dessus, et en mélangeant, selon une étape f) de préparation d’un bitume, une partie ou de la totalité de l’asphalte issu de l’étape e) en tant que B1 avec B2 et/ou F, B2 étant constituée par une partie de R1 issu de l’étape d) ou par un deuxième résidu sous vide R2 issu de la distillation d’un pétrole brut ou par un mélange de R1 et R2, et F étant constitué d’au moins une coupe lourde aromatique.
Le mélange est tel que le bitume comporte entre 40% et 75 % poids de B1 et entre 25% et 60% poids de B2 et/ou F, avec au maximum 75% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et F, au maximum 50% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et B2, et au maximum 60% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et un mélange de F avec B2.
Le mélange à l’étape f) peut se faire notamment sous agitation, à une température suffisante pour assurer le mélange homogène de B1 avec B2 et/ou F, à une température supérieure d’au moins 100°C au point de ramollissement de chacune des bases utilisées, par exemple à une température comprise entre 150°C et 250°C.
Les méthodes de mesures des principales propriétés physiques normalisées (NF EN 12591) des bitumes selon l’invention, et des bases bitumes composant le bitume selon l’invention, sont résumées ci-après.
La pénétrabilité à 25°C est la pénétrabilité a l’aiguille mesurée selon la norme EN 1426 (ou norme équivalente ASTM D5). La pénétrabilité a l’aiguille est la profondeur d’enfoncement, exprimée en dixièmes de millimètre, d’une aiguille normalisée de 1 mm de diamètre, sous une charge de 100 g, appliquée pendant 5 s sur un échantillon de bitume maintenu le plus couramment à 25°C ou encore à 15°C. A une température donnée, plus le bitume est dur, plus sa pénétrabilité sera faible. La pénétrabilité est utilisée pour classer les différents grades de bitumes dans le système Européen (NF EN 12591).
Comme toutes les fractions résiduelles constituées de dizaines de milliers de molécules avec une teneur très faible en paraffines linéaires, et contrairement aux cires et paraffines, les bitumes n'ont pas de point de fusion franc. Pour cette raison, une méthode normalisée, appelée point de ramollissement ou Température Bille et Anneau (TBA) a été développée pour les bitumes. La TBA est mesurée selon la norme EN 1427 (ou norme équivalente ASTM D36) : une petite bille en acier de 3,5 g et de 9,5 mm de diamètre est posée sur un disque de bitume préalablement coulé dans un anneau de 19,8 mm de diamètre intérieur, lui-même placé sur un support normalisé. Le tout est installé dans un bain d’eau dont la température initiale et stabilisée est de 5°C. La face inférieure de l’anneau de bitume se trouve à 25,4 mm de la surface supérieure de la plaque du dessous du support, ce qui correspond à la distance de chute de la bille au cours de l’essai. Le bain est chauffé à une vitesse constante de 5°C/min, sous agitation, et le point de ramollissement bille et anneau (noté TBA) est la température à laquelle la poche de bitume, formée pendant la chute de la bille, touche la plaque de référence placée à 25,4 mm sous l’anneau de bitume. Dans cet essai, plus le point de ramollissement est élevé plus le bitume est dur.
L’essai de résistance au durcissement sous l’effet de la chaleur et de l’air dit méthode RTFOT (pour « Rolling Thin Film Oven Test ») selon la norme NF EN 13607-1 (ou norme équivalente ASTM D2872) permet de mesurer les effets combinés de la chaleur et de l'air sur un film mince de bitume en renouvellement permanent. Elle simule le durcissement que subit un bitume au cours du malaxage dans une centrale d'enrobage opérant typiquement entre 150°C et 180°C. Un film de bitume en renouvellement permanent est chauffé dans une étuve à 163°C pendant 75 mn, et sous un balayage constant d’air chaud. On mesure le durcissement du bitume du fait de l’effet conjoint de l’évaporation des fractions les plus légères et de l’oxydation entraînant un durcissement du bitume, en mesurant la diminution de pénétrabilité (EN 1426) et l’augmentation du point de ramollissement (EN 1427), avant et après test. Ce delta est limité dans les spécifications européennes en fonction du grade de bitumes (NF EN 12591). On mesure aussi la variation de masse de l'échantillon (exprimée en pourcentage), et on peut encore mesurer l’évolution de la viscosité dynamique (EN 12596) avant et après le passage à l'étuve.
D’autres paramètres figurant dans la norme NF EN 12591, peuvent être mesurés, selon les méthodes normalisées mentionnées dans la norme NF EN 12591. On peut citer les paramètres suivants, ; sans être exhaustifs, et leur normes associées : le point éclair (Méthode Cleveland, EN ISO 2592), la solubilité (au perchloroéthylène C2Cl4, EN 12592), la teneur en paraffines (EN 12606-2), la viscosité dynamique à 60°C (dite « VD60 », EN 125956),la viscosité cinématique à 135°C (dite « VC135 », EN 125956), le point de Fraass (dit « FRAASS, EN 12593). Leur description n’est pas détaillée ici, et l’homme du métier peut se référer auxdits documents normatifs pour toute mesure nécessaire.
Exemples
Les exemples ci-dessous illustrent, de manière non limitative, la formulation de bitumes selon l’invention (exemples 2 et 3), et l’utilisation de bases non conventionnelles pour formuler de tels bitumes.
Les propriétés des bases bitumes et bitumes mentionnées dans les exemples sont les propriétés décrites plus haut, basées sur des mesures déjà décrites également plus haut.
Exemple 1 : bases bitumes et fluxant
Les cinq bases bitumes et le fluxant suivants sont utilisés dans les exemple de formulation de bitumes présentés plus loin.
Les trois bases bitumes pitch1VR1, VR1 et VRSR sont obtenues à partir d’un résidu sous vide du fractionnement primaire « straight run » (« RSV SR ») d’un pétrole brut Oural. Le brut Oural n’est pas un brut à bitumes mais a fait l’objet de nombreuses études de recherche et développement et constitue une des charges les plus utilisées dans les procédés d’hydroconversion en lit bouillonnant de type H-OilTM.
Les deux bases bitumes pitch1VR3, VR3 sont obtenues à partir d’un résidu sous vide du fractionnement primaire (« RSV SR ») d’un mélange de pétroles bruts Arabe Lourd (Arabian Heavy « AH » en anglais) et Arabe léger (Arabian light « AL »).
Les bases bitumes pitch1VR1, VR1, pitch1VR3, et VR3 sont issues d’un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant de type H-OilTMtel que décrit plus loin.
Base Pitch1VR1: exemple de base bitume B1. Cette base bitume est un asphalte obtenu un désasphaltage au butane d’un résidu VR1 issu de la distillation sous vide d’un effluent hydroconverti par un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant de type H-OilTMd’une charge constituée par un résidu sous vide d’un pétrole brut Oural. Le taux de conversion de la charge dans le procédé d’hydroconversion est modéré, de 55%.
Base Pitch1VR3: exemple de base bitume B1. Cette base bitume est un asphalte obtenu un désasphaltage au propane d’un résidu VR3 issu de la distillation sous vide d’un effluent hydroconverti par un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant d’une charge constituée par un résidu sous vide d’un mélange de AH/AL (75/25). Le taux de conversion de la charge dans le procédé d’hydroconversion est élevé, de 80%.
Base VR1: exemple de base bitume B2 = R1. Cette base bitume est le résidu sous vide VR1 issu de la distillation sous vide de l’effluent hydroconverti par le procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant de type H-OilTMde la charge constituée par le résidu sous vide d’un pétrole brut Oural. Il s’agit du même procédé d’hydroconversion que celui produisant la base Pitch1VR1 (taux de conversion du procédé d’hydroconversion : 55%).
Base VR3: exemple de base bitume B2 = R1. Cette base bitume est obtenue est le résidu sous vide VR3 issu de la distillation sous vide de l’effluent hydroconverti par le procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant de type H-OilTMde la charge constituée par le résidu sous vide d’un mélange de AH/AL (75/25). Il s’agit du même procédé d’hydroconversion que celui produisant la base Pitch1VR3 (taux de conversion du procédé d’hydroconversion : 80%).
Base VRSR: exemple de base bitume B2 = R2. Cette base bitume est obtenue par distillation atmosphérique et sous vide d’un pétrole brut Oural. Le pétrole brut Oural est le même pétrole brut que celui dont est issu le résidu sous vide (RSV Oural) utilisé comme charge du procédé d’hydroconversion produisant les bases bitumes Pitch1VR1 et VR1.
Fluxant Fs: exemple de fluxant F. Le fluxant Fs est un extrait aromatique issu de la fabrication d’huiles lubrifiantes.
Les 5 bases pitch1VR1, pitch1VR3, VR1, VR3, et VRSR ne peuvent à elles-seules (prises indépendamment) former un bitume répondant aux normes de bitumes routiers des bitumes, en particulier selon la norme NF EN 12591.
Les principales caractéristiques des charges utilisées dans le procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant sont données dans le tableau 2 ci-dessous.
L’abréviation « HPLC » pour la mesure des hydrocarbures saturés, hydrocarbures aromatiques et résines, fait référence à une méthode de séparation par chromatographie liquide d’adsorption à haute performance.
La méthode de séparation utilisée a pour objectif de fractionner de manière quantitative les échantillons pétroliers ayant un point initial d’ébullition supérieur à 350°C en 4 familles nommées : hydrocarbures saturés, hydrocarbures aromatiques, fraction résines et fraction asphaltènes. Elle se compose de deux étapes :
La première étape de la méthode consiste à faire précipiter les asphaltènes dans un excès de n-heptane. Après la précipitation, l’échantillon est filtré pour extraire les asphaltènes et les sécher avant de les peser. Le n-heptane présent dans le filtra est ensuite évaporé sous vide. L’échantillon filtré et débarrassé du n-heptane est appelé maltènes. Cette première étape fait référence à la méthode de mesure des asphaltènes C7selon la norme ASTM D6560 (correspondant à la norme NF T60-115).
La deuxième étape consiste en la pesée d’une partie des maltènes qui est injectée sur une colonne chromatographique remplie d’un mélange de silice et d’alumine. La fraction d’hydrocarbures saturés est éluée par circulation de n-heptane. La fraction d’hydrocarbures aromatiques est éluée avec un mélange de n-heptane et de toluène. Enfin, les résines sont éluées avec un mélange de dichlorométhane, de toluène et de méthanol. Toute la matière éluée en sortie de colonne est collectée afin de recueillir chacune des fractions séparément. Les teneurs en hydrocarbures saturés, aromatiques et résines sont déterminées par pesée des collectes après évaporation complète des solvants.
La première étape de la méthode consiste à faire précipiter les asphaltènes dans un excès de n-heptane. Après la précipitation, l’échantillon est filtré pour extraire les asphaltènes et les sécher avant de les peser. Le n-heptane présent dans le filtra est ensuite évaporé sous vide. L’échantillon filtré et débarrassé du n-heptane est appelé maltènes. Cette première étape fait référence à la méthode de mesure des asphaltènes C7selon la norme ASTM D6560 (correspondant à la norme NF T60-115).
La deuxième étape consiste en la pesée d’une partie des maltènes qui est injectée sur une colonne chromatographique remplie d’un mélange de silice et d’alumine. La fraction d’hydrocarbures saturés est éluée par circulation de n-heptane. La fraction d’hydrocarbures aromatiques est éluée avec un mélange de n-heptane et de toluène. Enfin, les résines sont éluées avec un mélange de dichlorométhane, de toluène et de méthanol. Toute la matière éluée en sortie de colonne est collectée afin de recueillir chacune des fractions séparément. Les teneurs en hydrocarbures saturés, aromatiques et résines sont déterminées par pesée des collectes après évaporation complète des solvants.
| Charge du procédé d’hydroconversion (envoyé dans la première étape d’hydroconversion) |
RSV SR Oural | RSV SR (AH/AL) |
|
| Masse volumique | kg/m3 | 1004 | 1042 |
| Viscosité dynamique à 100°C | MPa.s | 436 | 3307 |
| Teneur en Hydrogène | %poids | 10,8 | 10,2 |
| Carbone Conradson | %poids | 15,4 | 21,6 |
| Saturés HPLC | %poids | 12,3 | 9,5 |
| Aromatiques HPLC | %poids | 43,1 | 39,5 |
| Résines HPLC | %poids | 39,3 | 37,4 |
| C7Asphaltènes | %poids | 5,1 | 13,6 |
| Gamme bitumes (NF EN 12591) en Pénétrabilité | 1/10 mm | 250-350 | 70-100 |
| Gamme bitumes (NF EN 12591) en TBA | °C | 30-38 | 43-51 |
Les compositions et principales caractéristiques de chacune des bases bitumes sont données respectivement dans le tableau 3 (composition chimique des bases bitumes – cf. tableau 2 pour VRSR = RSV SR Oural) et le tableau 4 (paramètres physiques des bases bitumes) ci-dessous.
| Bases bitumes | |||||
| unités | Pitch1VR1 | Pitch1VR3 | VR1 | VR3 | |
| Teneur en Hydrogène | %poids | 8,8 | 8,2 | 10,2 | 10,3 |
| Carbone Conradson | %poids | 35,1 | 44,8 | 20,5 | 27,4 |
| Carbone aromatique | %poids | 46,8 | 55,5 | 35,1 | 36,7 |
| Saturés HPLC | %poids | 4,5 | 2,1 | 16,1 | 16,5 |
| Aromatiques HPLC | %poids | 27,2 | 31,2 | 37,7 | 43,5 |
| Résines HPLC | %poids | 49,6 | 46,0 | 37,1 | 30,8 |
| Asphaltènes C7 | %poids | 18,7 | 20,7 | 9,1 | 9,2 |
| Bases bitumes | ||||||
| unités | Pitch1VR1 | Pitch1VR3 | VR1 | VR3 | VRSR (= RSV SR Oural) | |
| Masse volumique | kg/m3 | 1124 | 1120 | 1020 | 1019 | 1004 |
| Viscosité dynamique à 100°C | MPa.s | 24215 | 216022 | 318 | 364 | 436 |
| Point de ramollissement bille et anneau (TBA) | °C | 71,8 | 89,5 | 30 | 33,4 | 33,8 |
| Pénétrabilité à 25°C | 1/10 mm | 3 | 0 | 246 | 400 | 270 |
| TBA après RFTOT | °C | 81 | 97 | 34,6 | 40,2 | 36,6 |
| Pénétrabilité à 25°C après RFTOT | °C | 2 | 0 | 241 | 384 | 257 |
| Delta TBA | °C | 9,2 | 4,5 | 4,6 | 6,8 | 2,8 |
| % de pénétrabilité restante à 25°C | % | 67 | - | 98% | 95% | 95% |
| Gamme bitume avant RTFOT en pénétrabilité | 1/10 mm | Hors gamme trop dur |
Hors gamme trop dur |
250-350 | Hors gamme Trop mou |
250-350 |
| Delta TBA max selon NF EN 12591 | °C | - | - | 11 | - | 11 |
| % de pénétrabilité restante à 25°C min. selon NF EN 12591 | % | - | - | 35 | - | 35 |
La composition du fluxant Fs est donnée dans le tableau 5 ci-dessous.
| unités | Fluxant Fs | |
| Masse volumique | Kg/m3 | 1020 |
| Viscosité cinématique à 100°C | mm2/s | 95,0 |
| Teneur en Hydrogène | % poids | 10,2 |
| Carbone Conradson | % poids | 8,1 |
| Saturés HPLC | % poids | 8,3 |
| Aromatiques HPLC | % poids | 68,8 |
| Résines HPLC | % poids | 23,8 |
| Asphaltènes C7 | % poids | 0,1 |
| Distillation simulée | ||
| Point initial | °C | 383 |
| 10% distillé | °C | 503 |
| 50% distillé | °C | 549 |
| 90% distillé | °C | 576 |
| Point final | °C | - |
Le procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant permettant l’obtention des bases bitumes pitch1VR1, VR1, pitch1VR3, et VR3, comprend les étapes d’hydroconversion a), b), c), d) et e) comme décrites dans la description générale, avec les spécificités données dans les tableaux ci-dessous.
Les étapes d’hydroconversion mettent en œuvre chacune un réacteur fonctionnant en lit bouillonnant et contenant un catalyseur d'hydroconversion NiMo/alumine présentant une teneur en NiO de 4% poids et une teneur en MoO3de 10% poids, les pourcentages étant exprimés par rapport à la masse totale du catalyseur.
| Conditions opératoires de la première étape d’hydroconversion | Charge RSV SR Oural | Charge RSV SR (AH/AL) | |
| VVH réacteur | h-1 | 0,2 | 0,15 |
| Température | °C | 420 | 420 |
| Pression | MPa | 16 | 16 |
| Quantité d’hydrogène | Nm3/m3 | 700 | 700 |
| Conditions opératoires de la deuxième étape d’hydroconversion | Pour le procédé avec charge RSV SR Oural | Pour le procédé avec charge RSV SR (AH/AL) | |
| VVH réacteur | h-1 | 0,2 | 0,15 |
| Température | °C | 420 | 425 |
| Pression | MPa | 16 | 16 |
| Quantité d’hydrogène | Nm3/m3 | 700 | 700 |
| Conditions opératoires de la section de désasphaltage | Pour le procédé avec charge RSV SR Oural | Pour le procédé avec charge RSV SR (AH/AL | |
| Solvant | - | Coupe C4 | Coupe C3 |
| Température moyenne | °C | 120 | 65 |
| Pression totale | MPa | 4 | 2,5 |
| Ratio solvant/charge | m3/m3 | 6 | 8 |
Exemple 2 : bitumes
conformes
selon une formulation binaire
Deux bitumes selon l’invention sont formulés selon les mélanges binaires ci-dessous.
Mélange Me1 : mélange de pitch1VR1/VR1 (40/60 en % poids)
Mélange Me2 : mélange de pitch1VR1/Fluxant Fs (60/40 en % poids)
Les principales caractéristiques des bitumes Me1 et Me2 sont données dans le tableau 9 ci-dessous.
| Base bitume | unités | Me1 | Me2 |
| Point de ramollissement bille et anneau (TBA) | °C | 44,8 | 43,4 |
| Pénétrabilité à 25°C | 1/10 mm | 75,3 | 100 |
| TBA après RFTOT | °C | 53 | 52 |
| Pénétrabilité à 25°C après RFTOT | 1/10 mm | 38 | 49,2 |
| Delta TBA | °C | 8,2 | 8,6 |
| % de pénétrabilité restante à 25°C | % | 50 | 49 |
| Gamme bitume avant RTFOT en pénétrabilité | 1/10 mm | 70-100 | 70-100 |
Exemple
3
: bitumes
conformes
selon une formulation ternaire
Trois bitumes selon l’invention sont formulés selon les mélanges ternaires ci-dessous.
Mélange Me3 : mélange de 90,9% poids de pitch1VR1/VR1 (60/40) avec 9,1% poids de Fs.
Mélange Me4 : mélange de 90,9% poids de pitch1VR1/VRSR (60/40) avec 9,1% poids de Fs.
Mélange Me5 : mélange de 87,7% poids de pitch1VR3/VR3 (60/40) avec 12,3% poids de Fs.
Les principales caractéristiques des bitumes Me3 à Me4 sont données dans le tableau 10 ci-dessous.
| Base bitume | unités | Me3 | Me4 | Me4 |
| Point de ramollissement bille et anneau (TBA) | °C | 46,0 | 50,4 | 51,6 |
| Pénétrabilité à 25°C | 1/10 mm | 62 | 40 | 29 |
| TBA après RFTOT | °C | 63,2 | 58,4 | 57,6 |
| Pénétrabilité à 25°C après RFTOT | 1/10 mm | 13 | 25 | 17 |
| Delta TBA | °C | 7,8 | 8 | 6 |
| % de pénétrabilité restante à 25°C | % | 53 | 63 | 59 |
| Gamme bitume avant RTFOT en pénétrabilité | 1/10 mm | 50-70 | 35-50 | 20-30 |
| Delta TBA max selon NF EN 12591 | °C | 9 | 8 | 11 |
| % de pénétrabilité restante à 25°C min. selon NF EN 12591 | % | 50 | 53 | 55 |
Exemple 4
: bitumes selon une formulation binaire
(non conformes à l’invention)
Deux bitumes non conformes à l’invention sont formulés selon les mélanges binaires ci-dessous.
Mélange Me6 : mélange de pitch1VR1/VR1 (60/40 en % poids)
Mélange Me7 : mélange de pitch1VR1/Fluxant Fs (80/20 en % poids)
Les principales caractéristiques des bitumes Me6 et Me7 sont données dans le tableau 11 ci-dessous.
| Base bitume | unités | Me6 | Me7 |
| Point de ramollissement bille et anneau (TBA) | °C | 53,4 | 54,2 |
| Pénétrabilité à 25°C | 1/10 mm | 26 | 24 |
| TBA après RFTOT | °C | 62,4 | 63,2 |
| Pénétrabilité à 25°C après RFTOT | 1/10 mm | 16 | 13 |
| Delta TBA | °C | 9,2 | 9 |
| % de pénétrabilité restante à 25°C | % | 62 | 54 |
| Gamme bitume avant RTFOT en pénétrabilité | 1/10 mm | 20-30 | 20-30 |
| Delta TBA max selon NF EN 12591 | °C | 8 | 8 |
| % de pénétrabilité restante à 25°C min. selon NF EN 12591 | % | 55 | 55 |
Exemple
5
: bitumes selon une formulation ternaire
(non conformes à l’invention)
Trois bitumes non conformes à l’invention sont formulés selon les mélanges ternaires ci-dessous.
Mélange Me8 : mélange de 90,9% poids de pitch1VR1/VR1 (80/20) avec 9,1% poids de Fs.
Mélange Me9 : mélange de 90,9% poids de pitch1VR1/VRSR (80/20) avec 9,1% poids de Fs.
Les principales caractéristiques des bitumes Me8 et Me9 sont données dans le tableau 12 ci-dessous
| Base bitume | unités | Me8 | Me9 |
| Point de ramollissement bille et anneau (TBA) | °C | 53,6 | 55,8 |
| Pénétrabilité à 25°C | 1/10 mm | 25 | 20 |
| TBA après RFTOT | °C | 62,2 | 64,8 |
| Pénétrabilité à 25°C après RFTOT | 1/10 mm | 15 | 12 |
| Delta TBA | °C | 8,6 | 9 |
| % de pénétrabilité restante à 25°C | % | 60 | 60 |
| Gamme bitume avant RTFOT en pénétrabilité | 1/10 mm | 20-30 | 20-30 |
| Delta TBA max selon NF EN 12591 | °C | 8 | 8 |
| % de pénétrabilité restante à 25°C min. selon NF EN 12591 | % | 55 | 55 |
Claims (16)
- Bitume comportant:
- entre 40% et 75% poids d’une première base bitume B1 constituée par un asphalte obtenu par un désasphaltage au solvant d’un premier résidu sous vide R1 issu de la distillation d’un effluent hydroconverti par un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant d’une charge lourde d’hydrocarbures, B1 ayant un point de ramollissement compris entre 50°C et 110°C, et
- entre 25% et 60% poids d’une deuxième base bitume B2 et/ou d’un fluxant F, F étant constitué par au moins une coupe lourde aromatique ayant un point initial supérieur à 350°C, un point 90% distillé inférieur à 650°C selon la norme ASTM D2887 et une teneur en hydrogène supérieure à 8,5% poids, B2 étant constituée par R1 ou un deuxième résidu sous vide R2 issu d’une distillation d’un pétrole brut ou par un mélange de R1 et de R2,
étant entendu que ledit bitume comporte au maximum :
75% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et F,
50% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et B2, et
70% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et un mélange de F avec B2, et
la somme des pourcentages massiques de B1, B2 et F étant égale à 100%. - Bitume selon la revendication 1, dans lequel ladite coupe lourde aromatique est une coupe aromatique extraite de distillats sous vide obtenus dans un procédé de fabrication d’huiles lubrifiantes.
- Bitume selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite charge lourde d’hydrocarbures envoyée dans le procédé d’hydroconversion contient des fractions d’hydrocarbures dont au moins 80 % poids ont une température d'ébullition initiale d'au moins 300°C, et est de préférence 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, et de préférence constituée de résidus sous vide issus de la distillation sous vide d’un pétrole brut.
- Bitume selon l’une des revendications précédentes, dans lequel R2 est issu de la distillation atmosphérique et sous vide d’un pétrole brut ayant servi de charge au procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant.
- Bitume selon l’une des revendications précédentes, dans lequel R1 comporte une fraction résiduelle bouillant à une température supérieure ou égale à 540°C et est obtenu par distillation atmosphérique et sous vide de l’effluent hydroconverti par le procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant de la charge lourde d’hydrocarbures, ledit procédé comportant au moins une étape d’hydroconversion, et de préférence deux étapes d’hydroconversion, opérée(s) sous une pression absolue comprise entre 2 et 38 MPa, à une température comprise entre 300°C et 550°C, à une vitesse spatiale horaire VVH par rapport au volume de chaque réacteur triphasique comprise entre 0,05 h-1et 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.
- Bitume selon l’une des revendications précédentes, dans lequel B1 est un asphalte obtenu par un désasphaltage de R1 avec un solvant hydrocarboné comprenant majoritairement des composés ayant 3 à 4 atomes de carbone, de préférence du butane ou du propane ou leur mélange, avec un ratio solvant/charge (volume/volume) compris entre 4/1 et 10/1, une température comprise entre 40°C et 150°C, et une pression comprise entre 2 MPa et 6 MPa.
- Bitume selon l’une des revendications précédentes, constitué par B1 et R1.
- Bitume selon l’une des revendications 1 à 6, constitué par B1 et F.
- Bitume selon l’une des revendications 1 à 6, constitué par B1 et un mélange de R1 et/ou R2 avec F.
- Bitume selon la revendication 9, dans lequel B1 représente entre 40% et 60% poids dudit bitume, R1 et/ou R2 représente entre 25% et 45% poids dudit bitume et F représente entre 5% poids et 15 % poids dudit bitume.
- Bitume selon la revendication 10, dans lequel dans lequel B1 représente entre 40% et 55% poids dudit bitume, R1 et/ou R2 représente entre 30% et 45% poids dudit bitume et F représente entre 5% poids et 15 % poids dudit bitume.
- Bitume selon l’une des revendication 9 à 11, constitué par B1 et un mélange de R1 et F et dans lequel B1 et R1 représentent entre 85% et 95% poids dudit bitume et F représente entre 5% poids et 15% poids dudit bitume.
- Bitume selon l’une des revendications précédentes, lequel est un bitume routier ayant un point de ramollissement bille et anneau supérieur ou égal à 43°C et inférieur à 58°C et une pénétrabilité à 25°C supérieure ou égale à 35°C et inférieure à 100°C.
- Revêtement routier consistant en un mélange d’un bitume selon l’une des revendications précédentes avec un agrégat minéral.
- Utilisation d’un asphalte obtenu par un désasphaltage au solvant d’un premier résidu sous vide R1 issu de la distillation d’un effluent hydroconverti par un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant d’une charge lourde d’hydrocarbures, en tant qu’une première base bitume B1 pour la préparation d’un bitume selon l’une des revendications 1 à 13, en mélange avec une deuxième base bitume B2 et/ou un fluxant F, B1 ayant un point de ramollissement compris entre 50°C et 110°C et formant entre 40% et 75% poids dudit bitume, B2 et/ou F formant entre 25% et 60% poids dudit bitume, B2 étant constituée par R1 ou par un deuxième résidu sous vide R2 issu de la distillation d’un pétrole brut ou par un mélange de R1 et R2, et F étant constitué par au moins une coupe lourde aromatique ayant un point initial supérieur à 350°C, un point 90% distillé inférieur à 650°C selon la norme ASTM D2887 et une teneur en hydrogène supérieure à 8,5% poids, ledit bitume comportant au maximum 75% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et F, au maximum 50% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et B2, et au maximum 70% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et un mélange de F avec B2, la somme des pourcentages massiques de B1, B2 et F étant égale à 100%.
- Procédé de préparation d’un bitume selon l’une des revendications 1 à 13, ledit procédé comportant :
- une première étape a) d’hydroconversion d’une charge lourde d’hydrocarbures, opérant en présence d'hydrogène dans une première section d’hydroconversion comportant au moins un réacteur triphasique contenant au moins un catalyseur d'hydroconversion fonctionnant en lit bouillonnant, à une pression absolue comprise entre 2 MPa et 38 MPa, à une température comprise entre 300°C et 550°C, à une vitesse spatiale horaire par rapport au volume de chaque réacteur triphasique comprise entre 0,05 h-1et 10 h-1, et avec une quantité d'hydrogène comprise entre 50 Nm3/m3et 5000 Nm3/m3, de manière à obtenir un effluent liquide hydroconverti à teneur réduite en asphaltènes C7, en Carbone Conradson, en métaux, en soufre et en azote ;
- optionnellement une étape b) de séparation de l’effluent hydroconverti issu la première étape hydroconversion pour former au moins une fraction légère et une fraction lourde;
- optionnellement une deuxième étape c) d’hydroconversion de l’effluent liquide hydroconverti issu de la première étape a) d’hydroconversion ou de la fraction lourde issue de l’étape b), opérant en présence d'hydrogène dans une deuxième section d’hydroconversion comportant au moins un réacteur triphasique contenant au moins un catalyseur d'hydroconversion fonctionnant en lit bouillonnant, à une pression absolue comprise entre 2 MPa et 38 MPa, à une température comprise entre 300°C et 550°C, à une vitesse spatiale horaire par rapport au volume de chaque réacteur triphasique comprise entre 0,05 h-1et 10 h-1, et avec une quantité d'hydrogène comprise entre 50 Nm3/m3et 5000 Nm3/m3 ;
- une étape d) de distillation atmosphérique suivie d’une distillation sous vide d’une partie ou de la totalité de l’effluent liquide hydroconverti issu de la première étape a) d’hydroconversion ou de l’effluent liquide hydroconverti issu de la deuxième étape c) d’hydroconversion, produisant au moins un premier résidu sous vide R1 bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, ledit résidu sous vide contenant une fraction résiduelle bouillant à une température supérieure ou égale à 540°C ;
- une étape e) de désasphaltage dudit premier résidu sous vide R1 issu de l’étape d), à une température comprise entre 40°C et 150°C et une pression comprise entre 2 et 6 MPa, avec au moins un solvant hydrocarboné comprenant majoritairement des composés ayant 3 à 4 atomes de carbone, de préférence du butane ou du propane ou leur mélange, et un ratio solvant/charge (volume/volume) compris entre 4/1 et 10/1, produisant une fraction désasphaltée DAO et un asphalte ;
- une étape f) de préparation d’un bitume comportant le mélange d’une partie ou de la totalité de l’asphalte issu de l’étape e) en tant qu’une première base bitume B1 avec une deuxième base bitume B2 et/ou un fluxant F, B2 étant constituée par une partie dudit premier résidu sous vide R1 et/ou un deuxième résidu sous vide R2 issu de la distillation d’un pétrole brut, et F étant constitué d’au moins une coupe lourde aromatique ayant un point initial supérieur à 350°C, un point 90% distillé inférieur à 650°C selon la norme ASTM D2887 et une teneur en hydrogène supérieure à 8,5% poids, pour produire ledit bitume de manière à ce qu’il comporte entre 40% et 75 % poids de B1 et entre 25% et 60% poids de B2 et/ou F, avec au maximum 75% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et F, au maximum 50% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et B2, et au maximum 70% poids de B1 quand ledit bitume est constitué par B1 et un mélange de F avec B2, la somme des pourcentages massiques de B1, B2 et F étant égale à 100%.
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