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L'invention concerne le traitement d'huiles d'hydrocarbures hautement
visqueuses et à forte teneur en métaux, dans le but de convertir ces
huiles en un mélange d'hydrocarbures rnoins visqueux et donc plus aisé-
ment transportable. Simultanément l'invention réalise une transforma-
tion telle que le melange d'hydrocarbures obtenu presente une teneurreduite en metaux et en asphaltes et une répartition plus favorable
des ses composants. Ceux-ci peuvent être plus aisément soumis aux
traitements conventionnels de raffinage.
On a déjà proposé de nombreuses techniques de traitement thermique
des petroles bruts de hautesviscosités, dans le but d'obtenir un pétro-
le plus aisement transportable et convertible en produits de valeur,
mais le succès de ces techniques s'est trouvé l;mité par les s~ecifi-
cations auxquelles doivent satis;Eaire les produ;ts ohtenus. Rn ~ar-
ticuller, la conversion ne d~)it pas ~tre trop elevee aEln d'eviterla formation de qual1tites e~cessivcs cl'hyc1rocarbures legers, plus
difficilement transportables ; d'autre part, la qualité des fractions
obtenues ne doit pas être alteree mais, bien au contraire, amelioree,
de fa,con à ce qu'elles puissent être, par exemple, utilisees comme
charges de raffinage catalytique ; dans ce cas) la teneur en metaux,
tels que le vanadium et le nickel, doit être abaissee au maximum,
puisque ces metaux sont responsables de la desactivation des cataly-
seurs de raffinage. De plus, en ce qui concerne la fraction lourde
obtenue, un taux de conversion trop eleve est prejudiciable à sa sta-
bilite (telle que deEinie par la norme U.S.~STM 1661). Enein, le coûtenergetique de la conversion doit demeurer clans des limites raisonna-
bles.
Parmi les propositions connues à ce ;our, on peut mentionner, à titre
illustratif, celles des brevets US 3.132.088, 3.193.487, 3.324.028,
3.338.818 et 4.005.006, ainsi que celle du brevet francais 2.489.835.
Le procede de l'invention comprend les étapes suivantes :
a) I.a charge d'hydrocarbures, renfermant de 10 à 30 % en poids de COIIS-
tituants distillant normalement au-dessous de 375 C, dont 8~à 25 %
entre
en poids distillant normalement/200 et 350 C, le reste des consti-
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tuants distillant normalement au-dessus de 375 C, est soumise à
une hydroviscoreduction telle que la conversion ponderale de la
fraction 375 C en fraction 375 C soit comprise entre lO et 30 %
et, de preference, entre 15 et 25 %,
b) le produit de l'etape (a) est fractionne par distillation en une
fraction distillee9 renfermant au moins 90 % en poids des consti-
tuants bouillant normalement au-dessous de 375 C et un residu de
distillat;on renfermant les autres constituants,
c) le residu de distillation de l'etape (b) est soumis à un desasphal-
tage par solvant, ledit solvant étant choisi parmi les hydrocarb-l-
res ~e~ a ~ fltomes de carbone, ledit solvant renEermant de préEé-
rence flll moi.ns 90 % d'hydrocarbures ~ 5 et/ou 6 atomes de c~rbone,
de manlère ~ obtenir une :eract:ion asphalténique m:inimum mais liqui-
de, et une fractlon désasphaltée, et
d) on melange la fraction distillée de l'étape (b) avec la fraction
désasphaltée de l'etape (c), de manière à former un melange brut
synthetique aisement transportable, presentant une teneur reduite
en metaux et de qualité convenant aux opérations usuellesde raf-
finage.
Comme exemplesde chargespouvant être améliorées par le procédé de l'in-
vention, on citera les pétroles bruts, fortement asphalténiques, de
densité (dl4) supérieure à 0,965, de degré ~P:I inférieur à 15, de te-
neur en asphaltènes (déterminée avec le n-heptane) supérieureà 5 ~ en
poids, de teneur en métaux (Ni ~ V) supérieure à 200 ppm en poids, et
de viscosité supérieure à 50 cSt (50 mm2/s) à 100 C, ainsi que les ré-
sidus de ces petroles bruts, les huiles de schistes ou de sables bitu-
mineux, les asphaltes ou les liquefiats de charbon repondant aux carac-
teristiques precitées.
L'hydroviscoréduction modérée, telle que définie plus haut, consiste
à obtenir une diminution maximale de viscosité de l'effluent, tout en~ 35 le gardant stable ; en particulier, lé résidu de distillation bouil-
lant au-dessus de 375 C doit être considére comme stable suivant la
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norme ASTM D ]66] ; au delà des limites de taux de conversion préci-
sees plus haut, ce residu de distillation ne satisfait pas à ce test
de stabilite, et peut devenir, en melange,incompatible avec les autres
fuels de raffinerie. Le choix judicieux des conditions operatoires
peut resulter d'une experimentation systematique de l'homme du metier.
Sous cette reserve, la temperature se situe habituellement entre 420
et 490 C, de préférence de 440 à 460 C, la pression étant comprise
entre 40 et 200 bars et, de préférence, entre 70 et 1]0 bars, le
temps de sejour etant compris entre ]0 secondes et ]5 minutes, prefe-
]0 rentiellement entre 5 et ]0 minutes ; on opère de preEerence avec untemps de séjour dans le four dlhydroviscoréduction de l'ordre de 10
secondes à ] minute, le reste de la reaction etant accompli, le cas
echeant~dans une chambre de maturation.
La quantité d'hydrog~ne est utilement cle 200 ~ 3 000 Nm3/m3 de charge
liquide et, de preEerence, comprise entre 300 ct I 000 Nm3/m3.
La distillation qui constitue l'étape (b) du procede ne necessite pas
forcément une coupure au niveau de 375 C ; suivant la composition de
la charge, on pourra couper plus haut et/ou plus bas, par exemple dès
350 C ou au-dessous, ou bien jusqu'à 400 C ou au-dessus.
La figure jointe illustre le procede de l'invention :
la charge d'hydrocarbures (1), additionnee d'hydrogène (2), traverse
le Eour d'hydroviscoreduction, puis, le cas echeant la chambre de matu-
rat;on, cet ensembLe etant representé par (3). L'eEfluent (~) est frac-
tionne dans la colonne de distillation (5). En tete, on sépare, par
la ligne (6), la Eraction legère distillant avant 350 à ~00 C environ ;
en fond on recueille une fraction lourde qui est envoyee par la ligne
(7) dans un decanteur-extracteur (8) alimente en solvant d'extraction
recycle (ligne ]2) et en solvant frais (ligne 16). L'extrait est en-
voye par la conduite (9) à un système de distillation (10), où le sol-
vant est separe du residu et condense (Il), puis recycle vers l'ex-
tracteur (ligne 12~. La fraction d'huile desasphaltee (conduite 13) est
mélangée à la fraction légère de distillation (ligne 6) pour constituer 35 l'huile aisement transportable (conduite 14). La fraction asphalte-
nique est recueillie par la conduite (15), puis separee du solvant
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qu'elle renferme dans un système d'évaporation non représenté.
Exemple 1 illustrant le procéde de l'invention :
La charge traitee est un petrole Boscan brut dessale, dont l'analyse
est la suivante :
- densité dl54 = 0,998
- viscosite à 100 C : 280 cSt (280 mm /s)
- degre API : 10,3
- teneur ponderale en soufre : 5,3 %
- teneur ponderale en azote : 5 800 ppm
- teneur ponderale en metaux (Ni -~ V) : 1 350 ppm
- teneur ponderale en asphaltènes (cleterminee au n-heptane) : 12,6%
- distillation (pourcentages ponderaux) :
C5 - 200 C - 3~75
15200 - 375 C - 13,53 17,10
(dont 200 - 350 C = 11,25~~
375 C~ = 82,90
Ce petrole (100 parties en poids) est soumis à une hydroviscoreduction
dans les conditions suivantes :
20- temperature : 440 à 460 C
- pression : 100 bars
- rapport volumique d'H2 à la charge d'hydrocarbures : 500 Nm3/m3
- temps de sejour total : 8 min dont 1 min dans le four et 7 min
dans la chambre de maturation.
L'effluent d'hydroviscoreduction est distille, et l'on recueille les
distillats suivants, exprimes en parties pour 100 parties de petrole
brut :
H2S + NH3 = 1,53 parties
C1 - C4 = 1,21 parties
C5 - 200 C = 8,40 parties
200 - 375 C = 23,86 parties
soit au total 35,00 parties. On voit donc que la proportion de frac-
tion 375 C est passee de 17,10 parties pour le petrole brut à 35
parties à la suite du traitement d'hydroviscoreduction, soit 17,90
parties formees à partir de 82,90 parties de fraction 375 C , soit
une conversion de 21,6 % de cette dernière fraction.
Le distillat a une teneur nulle en nickel et vanadium.
- le résidu de distillation, qui représente 65 parties en poids, pre-
sente une viscosité de 230 cSt à 100 C ; soumis à la norme de stabi-
lité ASTM D 1661, il satisfait à cette norme (résultat obtenu = 1).Il est désasphalté au n-pentane, en utilisant un rapport ~olumique de
pentane par rapport à la charge à désasphalter de 3 à 1. On recueille
18 parties en poids d'asphaltes (après évaporation du pentane) et 47
parties en poids d'huile désasphaltée définie ci-après par les coupes
de distillation :
375 - 520 C représentant 27 parties en poids
520 C+ représentant 20 parties en poids
soit 47 parties au total, ayant une teneur en metaux (Ni -~ V) de
183 ppm cn poids.
On melan~e l'huile desasphaltee au distillat, et l'on obtient ainsi
une huile presentant les caracteristiques suivantes :
- densité : dl45 = 0,915
- viscosité à 100 C = 5,8 cSt (5,8 mm2/s)
- degré API = 23,1
- teneur pondérale en métaux (Ni ~ V) = 105 ppm
- distillation (en parties pour 100 parties de pétrole brut) :
H2S -~ NH3 = 1,53 parties
C1 - C~ = 1,21 parties
25C5 - 200 C - 8,~n parties
200 - 375 C = 23,86 parties
375 - 520 C = 27,00 parties
520 C - 20,00 parties
soit au total 82 parties.
Exemple 2 (comparatif)
titre de comparaison, pour montrer l'utilite de laisser une propor-
tion substantielle de fraction 200 - 375 C dans la charge d'hydrovis-
coreduction, on a repete l'exemple ci-dessus en soumettant le petrole
brut (100 parties en poids) à une predistillation, de fa,con à separer
la fraction C5 - 375 C, représentant 17,1 parties en poids. Seule
~2~
la fraction 375 C (82,90 parties en poids) a éte soumise aux opera-
tions décrites dans l'exemple 1: hydroviscoréduction, distillation et
désasphaltage, les conditions expérimentales demeurant inchangees.
Après melange du pré-distillat, du distillat (13,81 parties en poids)
et de l'huile désasphaltée (47,09 parties en poids, présentant une
teneur en métaux (Ni + V) de 282 ppm), on obtient 78 parties en poids
d'huile présentant les caractéristiques suivantes :
- densité : d 45 = 0,940
10 - viscosité à 100 C = 6 cSt (6 mm2/s)
- degré API = 19
- teneur pondérale en métaux (Ni -~ V) = 170 ppm
- distillatioll (en parties pour 100 parties de pétrole brut) :
H2S + Ntl3 = 1,17 parties
15 C1 - C~l ~ 0,94 parties
C5 - 200 C - 6,91 parties
200 - 375 C = 21,89 parties
375 - 520 C = 24,09 parties
520 C = 23,00 parties
20 soit au total 78 parties.
Les résultats obtenus s'avèrent nettement moins bons (rendement,
teneur en fraction 520 C , teneur en métaux) qu'en opérant suivant
l'e~emple 1 de l'invention.
Exemple 3 (exemple comparatiE)
A titre d'exemple comparatif, pour montrer les inconvénients d'une
hydroviscoréduction plus poussée, on soumet 100 parties en poids du
petrole brut Boscan dessalé utilisé dans l'exemple 1 à une hydrovis-
coréduction telle que le taux de conversion de la fraction 375 C en
30 Eraction 375 C soit superieur à 30 % ; dans ces conditions, on ob-
tient, par distillation de l'effluent, les Eractions suivantes :
H2S + NH3 = 1,70 partie9
Cl - C4 = 2,10 parties
C5 - 200 C = 12,50 parties
200 - 375C = 32,00 parties
Total 48,30 parties
soit un taux de conversion de la fraction 375 C en 375 C de 37,6 %.
Mais l'augmentation de rendement en fraction 375 C se fait au détri-
ment de l'effluent 375 C , qui présente une viscosite de 5 000 cSt à
100 C (à comparer aux viscosités de 3 500 cSt à 100 C de la même
fraction du pétrole brut et de 230 cSt à 100 C de la même fraction
obtenue suivant l'exemple 1 de l'invention).
De plus, cette fraction 375 C ne passe pas le test de stabilité ASTM
D ]661 (valeur trouvée : 3).
Exemple 4 (exemple comparatif)
-
- L'interêt du schéma de traitement présenté dans l'exemple 1 de l'in~
vention apparait également lorsque l'on compare les résultats obtenus
suivant cet exemple à ceux obtenus par un simple désasphaltage du
même petrole brut , Quand, pour 100 parties en poids de brut, on
proc~de à un desasphaltage par clu n-pentane, en utilisant un rapport
volumique ~e solvant par rapport à la charge cle 5, on recueil:Le, après
separation des asphaltènes et evaporation du pentane de la phase
huile, 75 parties d'huile désasphaltée, présentant les caractéristiques
suivantes :
densité : dl4 : 0,971 , viscosité à 100 C : 425 cSt (425 mm2/s)
teneur en Ni et V : 550 ppm ; API : 14,2.
On voit donc que ce traitement conduit a une huile trop visqueuse pour
être transportable aisément, et que sa teneur en métaux est trop élevée
pour qu'elle puisse atre utilisée directement comme charge de traite-
ments de raEfinage catalytique.
