Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
~27~
-- 1 --
L'invention concerne un procédé de traitement sur champ d'huiles
lourdes ires visqueuses et très denses, permettant d'obtenir un mélange
d'hydrocarbures de viscosité réduite, facilement transportable ;
l'lnvention a également pour objet de faciliter le dessalage sur champ
de ces huiles lourdes en abaissant leur viscosité et leur densité par
addition d'une coupe d'hydrocarbures obtenue sur le champ de production.
Accuc!llr~nent, un des facteurs limitatifs du développement de la pro duc-
lion d'huiles lourdes caractérisées par leur 'aorte densité (d145 super
là figure à 0,g8, soit de degré AMI inférieur à 12,9) et par leur très forte viscosité cinématique (n100C > 50 cet (mm2/s), r~37 QUE >1940 cet
(rtlrrl2/s)) est celui de leur transport des zones de production vers les
lieux de raffinage.
15 En effet, bien qu'il n'existe pas de spécifications précises pour le
transport par oléoduc, suivant les règles couramment admises la
viscosité cinématique ne doit pas dépasser 120 cet (mm2/s) à QUE
(valeur donnée pour l'oléoduc Sud-européen), ou entre inférieure à
400 cet (mm2/s) à QUE, qui est la valeur admise au Venezuela, pays
20 possédant d'importantes ressources en huiles lourdes. Or, la viscosité
a QUE des huiles lourdes du Venezuela est, pour la plupart des cas,
supérieure à 10 000 cet (rnm2/s) i on peut citer comme exemple le
Boucan : 18 600 cet (mm2/s), le lagune Once : 10 700 cet (mm2/s), le
Sarrau Negro (35 800 cet) ; ces valeurs sont donc très largement suée--
25 fleures aux limites précédemment indiquées, e-t ces huiles lourdes ne
pc~lvent donc pas être transportées telles quelles par oléoducs.
Diverses propositions on-t été faites pour tenter de résoudre ce problè-
rue roll transport: aies huiles très visqueuses i on peut citer :
30 l/ Ire chauffage des oléoducs ; cette solution est très onéreuse,
tl'autarlt plus que les champs de production sont éloignés des centres
de raffinage
2/ Le transport des huiles lourdes sous forme d'émulsions stables
d'hui.lc dans l'eau ; cette technologie, également très coûteuse,
puisque l'on transporte environ 30 là 40 JO d'eau , présente de plus
d'autres inconvénients, tels que le problème de désémulsification
'''I 'I
~22~L7
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à l'arrivéedel'oléoduc.
3/ La dilution des huiles lourdes, soit par une huile brute légère ou
moyenne, soit encore par des distillais moyens de faible viscosité.
Dans ces deux cas, le problème du transport des agents diluant de
leur lieu de production vers les champs d'huiles lourdes se pose,
entraînant obligatoirement un coût supplémentaire.
En ce qui concerne le dessalage sur champ des huiles brutes lourdes et
visqueuses, dartres problèmes apparaissent ; les dessaleurs élec-tro-
10 statiques, qui sont les appareils convenant au dessalage de ces huiles sont prévus pour fonctionner correctement à des niveaux de viscosité
dynamique n'excédant pas à 5 muas à la température de fonctionnement,
qui est genéralerr,ent comprise entre 60 et QUE. Or, cette limite est
très largement dépassée par un grand nombre d'huiles lourdes et vis-
15 gueuses ; c'est ainsi que le Boucan brut présente à QUE une viscosité dynamique de 32 muas Par ailleurs, la vitesse de décantassions des deux
phases huile et eau dans le dessaler est proportionnelle à la piffé-
fonce de densité des deux phases ; or, cette différence est peu impur-
tante pour la plupart des bruts lourds. C'est ainsi qu'à QUE, la dix-
20 fronce de densité entre le Boucan brut et l'eau est seulement de 0,09.
Ces problèmes de dessalage des bruts lourds peuvent être résolus par la solution (3) précédemment exposée, mais on voit qu'il y a place, sur le
marché, pour un procédé de traitement sur champ d'huiles lourdes et
25 visqueuses, fournissant sur place âne coupe d'hydrocarbures de faible
viscosité et de densité moyenne, susceptible dextre utilisée comme
a(Jerlt diluant de l'h;iile brute afin de permettre son dessalage sur chant
ainsi que son transport.
30 Parmi les propositions connues à ce jour concernant un tel type de
proc~;dé, on peut citer le brevet US 3.~7~.596 (Rhésus 27.309), ainsi
que le brevet Erancais 2.~-39.~335. Ces deux brevets font appel au presser-
d-; de viscoreduction de l'huile brute, en l'absence d'hydrogène.
35 Le brevet français 2.~89.-335 décrit un proc-;dé de retraitement de
bruts lourds predessales, comportant une viscoreduction suivie d'une
distillation permet-tant de séparer deux fractions : un brut synthétique
transportable, obtenu avec un rendement compris entre 66 et 75 %, et un
résidu non transportable.
Ire brevet US 3.~74.596 (Ré. 27.309) concerne un procédé consistant à
opérer une viscoréduc-tion sur une partie de la charge brute, après
dossalage, e-t a recycler le produit viscoréduit en le mélangeant au
brut avant dessalage.
Ce procédé, appliqué a des huiles de degré AMI compris entre y et y
(soit des densités d1~5 comprises entre 0,972 et 0,910) permettrait do
tenir un mélange d'hydrocarbures transportable, et de réaliser le dressa-
luge sur champ des huiles brutes.
Cependant, il a été constaté que les traitements de viscoreduction
effectués en l'absence d'hydrogène conduisent a des mélanges Diderot
carbures dont les fractions les plus lourdes présentent une faible
stabilité, ce qui peut se traduire par une précipitation d'une partie
de ces fractions, et plus particulièrement des asphaltaient,
notamment lors du transport ou du stockage.
. .
Le procédé de la présente invention comprend les étapes suivantes :
a/ L'huile brute, après avoir subi si nécessaire un dégazage convenu
tionnel, est diluée par une coupe d'hydrocarbures de faible viscose-
S té obtenue a l'é-tape (d) du procédé, dans une proportion telle que
la viscosité dynamique du mélange obtenu soit inférieure à 8 muas
ci QUE, et, de préférence, inférieure a 5 muas a QUE.
b/ Ire mrilange obtenu ci l'étape (a) est soumis à un dessalage/cléshydra-
talion conventionnel au moins partiel. Cela peut se faire en ajout
tant de l'eau dans un rapport eau sur huile généralement compris entre 3 et 6 JO/ afin de former une émulsion d'eau dans l'huile
facilitant le dessalage ; cette émulsion est rompue par coalescence
dards un dessaler (ou des dessaleurs) électrostatique (s), où se
fectue la décantassions des deux phases et le dessalage de l'huile,
éventuellement en présence d'un agent de désémulsification.
Je
-- 4
c/ Fe mélangé dlhuiles dessale et déshydraté provenant de
retape (b) est soumis à une hydroviscoreduction, en
présence d;hydrogene, a une température de 420 a QUE,
une pression de 40 à 200 bars, un temps de séjour de
10 secondes à 15 minutes et un rapport du volume Diderot
gène au volume d'huile dessalée et déshydratée de 200
à 3000 Nm3/m3, dans des conditions telles que la couver-
Sion de la fraction 380+ de la charge d'hydroviscore-
diction en fraction 380 soit comprise entre 10 et 30%
et, de préférence, entre 15 et 25%.
d/ On sépare, par distillation du produit de l'étape (c),
une coupe d'hydrocarbures de faible viscosité dont 50
au moins en poids distille normalement entre 100 et
QUE, et on la renvoie au moins en partie à latta (a), le reste du
produit de retape (ci constituant un brut synthétique
de viscosité réduite 7 plus aisément transportable que
l'huile lourde de dopant. Sa viscosité cinématique peut
en effet aisément cire au-dessous de 400 cet (mm2/s) à
QUE.
Comme exemples d'huiles brutes pouvant cire utile-
socs dans le cadre de la présenté invention, on citera les
pétroles bruts de densité (d 45~ supérieure à 0,965, soit de
degré AMI inférieur à 15, et de viscosité cinématique
supérieure à 50 cet (mm2/s) à QUE, ainsi que les huiles
de schistes ou de sables bitumineux et les asphaltes repos-
dent aux caractéristiques précédentes.
L'hydroviscoreduction, qui constitue lletape la)
du procède, consiste à obtenir une diminution maximale de
viscosité de l'huile tout en la gardant stable; il faut
entendre par là que le résidu de distillation obtenu dans
retape (d) du procède, bouillant normalement au-dessus de
QUE, doit être considère comme stable suivant la norme
ASTI D 1661.
Le choix des conditions opératoires peut résulter
, Jo
, .,
- fa
d'une expérimentation systématique de l'homme de l'art.
Sous cette réserve, la température se situe habituellement
entre 420 et QUE, de préférence de 440 à QUE, la pression
étant comprise entre 40 et 200 bars et, de préférence, entre
70 et 110 bars, le temps de séjour étant compris entée 10
secondes et 15 minutes préférentiellement entre 5 et 10
minutes, on opère de préférence avec un temps de séjour
dans le four d'hydroviscoréduction de l'ordre de 10 second
des a 1 minute, le reste de la réaction étant accompli, le
y
-- 5
La quantité d'hydroqene est utilement de 200 à 3 000 Nm3/m3 de charge
liquide e-t, de préférence, comprise entre 300 e-t 1 000 Nm3/rn3.
Selon la nature de louis brute à -traiter, et plus particulièrement
en fonction de sa viscosité, on pourra, au cours de la distillation
qui constitue retape (d) du procédez procéder a des coupes a diverses
tern)f~rcltures afin d'obtenir une coupe dont les caractéristiques pur--
mettent son utilisation à retape (a) du procédez
il) En particulier, la nature et la quantité de cet-te coupe (ou fraction de
coupe) qui sera remelangée a l'huile brute devront être telles que :
Cette coupe ne provoque, en aucun cas, de précipitation de fractions
solides telles que, par exemple, les asphaltaient. On évitera donc
une trop forte proportion d'hydrocarbures légers tels que Ci et
inférieurs.
- Elle abaisse d'une faucon très sensible la viscosité de l'huile
bru-te ; la viscosité dynamique du mélangé d'huile brute et de coupe
recyclée ne devra pas dépasser, a une température maximum de QUE,
la valeur de 8 râpas On évitera donc une trop forte proportion
d'hydrocarbures lourds.
- De plus, la nature de cette coupe doit cire telle qu'elle renferme
au moins 50 % en poids de constituants et, de préférence, au moins
80 %, distillant normalement entre 100 et QUE.
Diverses coupes d'hydrocarbures obtenues par la distillation qui cons-
têtue retape (d) du procédé répondent parfaitement a ces exigences ;
on pourra, par exemple, utiliser comme diluant de la charge brute des
coupes telles que la coupe QUE - QUE, la coupe point initial de
cl:lstiLlation - QUE, etc., le choix de la coupe étant évidemment
fonction de l'huile lourde à traiter, ainsi que la quantité fée coupe
devant cira mélarlgée ci l'huile lourde. Ira viscosité dynamique de ces
coupes sera prfEfrentiellernent comprise entre 0,2 et 0,8 muas cl
QUE, et leur densité a cette température comprise, de preff-~rence,
antre 0,68 et 0,82.
S - Erg début dépression il est necessairc~ de procéder à une dilution
de l'huile brute par un hydrocarbure - ou prfférentiell~ ont par
mélangé d'hydrocarbures - provenant d'une source extérieure, dispose
dans un bac de stockage. Ce mélange d'hydrocarbures devra répondre aux
exigences indiquées ci-dessus concernant la coupe recyclée ; de plus,
son intervalle de distillation devra cire compris dans celui de la
coupe choisie pour cire recyclée. On pourra, par exemple, utiliser des
distillclts moyens tels que, par exemple, des gazoles ou des Euels-oils,
ou encore des fractions d'hydrocarbures à caractère fortement aromate-
Clos .
- Afin de faciliter le dessalage de l'huile, on est le plus souvent
allaient fi rajouter cap l'huile une certaine quantité d'eau, généralement
comprise entre 3 et 6 % en poids par rapport à l'huile, afin de créer
une émulsion d'eau dans l'huile. Dans le procédé de l'invention, cette
addition d'eau se fera préférentiellement âpres dilution de l'huile
brute parlacouperecyclée, par l'in-ter~édiaire d'une vanne de mélange.
- La coalescence de l'émulsion au sein du dessaler est souvent acné-
lésée par l'addition d'un agent chimique présentant des propriétés dé-
sémulsifiantes ; cette addition peut s'effectuer soit dans le dressa-
leur lui-même, soit sur la ligne véhiculant l'emulsion formée percé-
dernment, avant le dessaler.
- La figure jointe illustre le procédé de l'invention :
La charge d'huile brute,dégazée suivant un procédé classique non figue
ré sur le schéma, est amenée par la ligne (1) ; elle est diluée par un
mélange d'hydrocarbures provenant du bac (19) par la ligne (2). En
début d'opération, cette dilution est effectuée par un mélange d'hvdro-
carrures provenant d'une source extérieure ; en cours d'opération, ce
bac est alimenté par la ligne (1~3) qui conduit une partie de la coupe
aie distillât-on (15) choisie pour être recyclée et servir de diluant à
Huile brute (sur le schéma présenté, if s'agit d'une couve moyenne).
L'axcriclent de cette coupe est évacué par la ligne (16) pour former une
y pa~tLrJ du brut synthétique.
L'lluil.e brute diluée est additionnée d'un faible pourcentacJe d'eau par
la Ligne (3) à l'aide d'une vanne de mélangé, pour former une émulsion
oeu dans huile (ligne y). Un agent des-mulsiEiant est éventuellement
y joute par la ligne (5) avant l'entrr~e par la ligne (6) dans le (ou les)
dc~ssalr3ur(s) figuré par (7).
L'eau salée est évacuée par la ligne (3) ; l'huile diluée, dessalée et
-- 7 --
déshydrate est conduite par la ligne (9) a l'unite d'hydroviscoréduc-
lion (11), l'hydrogène étant introduit par (10).
L'eEEluent d'hyciroviscoreductlon est conduit Fer (12) à l'unite de
S distillation (13). De cet-te colonne, on séparé en tête (14) les gaz et,
par exerllple, la fraction légère QUE . En (15), on soutire par exemple
la fraction QUE - QUE, dont une partie est recyclée par la ligne
(la) pour diluer l'huile brute, et dont loutre partie est évacuée par
la ligne (16). En bas de colonne, on soutire en (17) la fraction lourde,
telle que, par exemple, la fraction QUE.
Le mélange des fractions liquides obtenues en (14), (16) et (17) forme
le brut synthétique transportable.
Selon le procédé de l'invention, qui comprend une hydroviscoreduction
modérée telle qu'elle a oie définie auparavant, on obtient, lorsque
l'unite est en régime permanent, un brut synthétique avec un rendement
pondérai par rapport à la charge d'huile lourde compris entre 95 et
98 JO.
Il est ainsi possible obtenir aisément un brut synthétique présentant
une viscosité cinématique inférieure a 400 cet (mm2/s) a QUE ; plus
particulièrement, les valeurs des viscosités cinématiques des bruts
synthétiques obtenus à par-tir des hulules lourdes définies plus haut sont
aisément inférieures à 300 cet (mm2/s) à QUE, soit nettement Inde-
fleures à la valeur maximale admise au Venezuela pour le transport des
hll.Llec; par oléoducs.
Erlcl(Jhors aie l'objectif transport, il faut noter que les distillas
obtarlus y; partir de ces bruts synthétiques sont peu différents des
distillais obtenus à partir d'un brut naturel ; toutefois, les teneurs
cri asphaltcrles et an soufre sont abaissées, ce qui rend les operatiorls
ré prC-ra:Efin.lge (desc-sphaltage, désulEuration) plus aisées.
E:;errlple illustrant le procède de l'invention :
y
La charge traitée est un pétrole brut toscan dont les principales ca-
racteristiques sont les suivantes :
- densité d145 = o,gg8
S - degré AMI = 10,3
- viscosité cinématique a QUE = 18 600 cet (mm2/s)
- viscosité cinématique a QUE = 35,3 cet (mm2/s)
- viscosité dynamique a QUE = 32,2 nnPa.s
- teneur pondérable en soufre = 5,3 %
- teneur pondérable en asphaltaient déterminer au nattaient = 12,6 %
- teneur en eau en volume = 3 %
- teneur en sels (exprimée en mol de NaCl) = 900 mol
- distillation (pourcentages ponderaux) : Point initial (QUE) - QUE
= 17,9 % ; QUE = 82,1 %.
En début d'opération, 100 parties de ce pétrole brut, dégazé, sont
additionnées de 40 parties en poids d'une coupe de gazole total, pro-
venant d'une source extérieure, stockée dans le bac ce stockage (19)
de la figure illustrant le procédé.
Cette coupe présenté les caractéristiques suivantes : intervalle
d'ébullition : 230 - 3S0C : densité d145 = 0,837 ; viscosité cinéma-
tique a QUE : 3,25 cet (mm2/s) i densité d1s8 = 0,749 ; viscosité
cinématique à QUE : 0,69 cet (mrn2/s).
Le mélange résultant présente, à QUE, une viscosité dynamique de
3,86 râpas ; sa densité par rapport à l'eau à la même température est
de 0,859.
On ajoute à ce mélange, par fa ligne (3) figurée sur le schéma, 7,0
parties en poids d'eau douce, soi-t 5 6 en poids par rapport au mélangé.
moulions d'eau dans l'huile ainsi formée est additionnée, avant son
entrée dans le dessaler électrostatique, d'un agent désémulsifiant non
ionique (copolymere d'oxyde d'ethylène et d'oxyde de propylène) à raison
de 0,01 partie en poids de désémulsifiant pour 100 varies d'émulsion.
- -
Le dessalage est réalisé dans deux dessaleurs électrostatiques en
série, à QUE ; le champ électrique est de 1000 V/cm et le temps de
séjour de l'émulsion de 30 min dans chaque dessaler, main-tenu sous
une pression de 6 bars. Après décantassions de la phase aqueuse, la
S teneur en eau du mélange d'huiles est, en volume de 0,5 % environ, et
la teneur en sels, exprimée en mg/1 de NaCl est généralement inférieure
à y rng/l.
L rn~lange d'huiles ainsi déshydraté et dessalé est ensuite soumis à
fin tralterrlent d'hydroviscoréduction, dans les conditions suivantes :
- température : 440 à QUE
- pression : 100 bars
- rapport volumique d'H2 à la charge d'hydrocarbures : 500 Nm3/m3
- temps de séjour total : 8 min dont 1 min dans le four et 7 min dans
le maturateur.
L'effluent d'hydroviscoréduction est ensuite distillé sous pression
normale et l'on recueille les deux couves suivantes : QUE , QUE -
QUE, ainsi que le résidu QUE+.
De la coupe QUE - QUE, on recycle vers le bac de stockage 40 parties
en poids pour 100 parties d'huile brute traitée ; ces 40 part es sont
utilisées gomme diluant de 100 parties d'huile brute à traiter, le
y reste de la coupe étant recueilli.
lorsque l'unité est en régirrle permanent, la coupe 130 - QUE représente
/0,01 parties pour 100 parties huile brute et 40 parties de diluant.
On racle ainsi 57,13 'y en poids de cette coupe et recueille le reste
y de LUI coupe, soit hi %, ainsi que les distillais QUE et le régi-
du QUE.
Karl Là retJirne permanent est établi, la densité du mélange d'huile
brute il du diluant (coupe QUE - QUE) est, à QUE, de 0,847. La
viscosité dynalnique de la phase huile est, à QUE, dans les dessaleurs,
de y muas
y
-- 10 --
Après séparation des cap de la coupe QUE , on recueille les pistil-
fats suivants, exprimes en parties pour 100 parties de pétrole brut :
HI -y HI = 1,53 parties
S Ci - Ci = 1,21 parties
Pu - QUE = 2,50 parties 35,25 parties
té - QUE = 30,01 parties 3
hoc = 6~,75 parties
10 Ira fraction 3B0C passe donc de 17,9 parties pour 100 clans le pétrole
brut a 35,25 parties pour 100 dans les distillais obtenus après le irai
te ment d'hydroviscoreduction, soi-t 17,35 parties formées a partir de
82,1 parties de fraction QUE , ce qui correspond a une conversion
pondérable de 21,1 6 de cette fraction.
Les différentes fractions liquides isolées pour reconstituer le pétrole
brut synthétique présentent les caractéristiques physiques suivantes :
- Point initial (QUE) - QUE : dû = 0,690, viscosité cinématique a
QUE : 0,5 cet (mm2/s)
- Coupe QUE - QUE : dû = 0,881 ; d1s50 = 0,792
viscosité cinématique à QUE : 3,53 cS-t(mm?/s)
viscosité cinématique à QUE : 0,83 cSt(r~n2/s)
- Résidu QUE : d1~5 = 1,031, viscosité cinématique à QUE :
2~0 000 cet (mm2/s).
C'os trous fractions isolées sont mélangées, pour conduire un brut
synthaticIue obtenu avec un rendement pondérai de 97,26 '6 par rapport
au paître brut traité.
La composition de ce brut synthétique, exprimée en pourcentages ponde-
faux, est :
~27~
- 11 -
- coupe QUE - QUE = 2,57 %
- coupe QUE - QUE = 30,86 %
- résidu QUE = 66,57 6
100,00
Ires caractéristiques de ce brut synthétique sont les suivantes :
- densité : dû = 0,968
- degré AMI : 14,7
- viscosité cinématique à QUE : 169 cet (mm2/s)
- viscosité cinématique à QUE : 12,6 cet (mm2/s)
- teneur pondérable en soufre : 4,4 %
- teneur pondérable en asphaltaient (déterminée au nattaient : 10,~ %
- teneur en eau (en volume) : 0,5 %
- teneur en sels (exprimée en mol de NaCl) : 25 mol
Si l'on compare les caractéristiques du pétrole brut et du brut son-
thé tique reconstitué, on remarque que :
. la densité a été légèrement abaissée,
. la viscosité cinématique a décru d'une façon considérable, rendant
Possible le -transport du brut synthétique touât au moins d'après les
narrent vénézuéliennes,
. les teneurs pondérables en soufre et en asphaltaient ont été abaissées,
S ce qui facilitera les opérations de pré raffinage,
sont/
. Le teneurs en eau e-t en sels tels que le bru-t synthétique obtenu
peut cire directement soumis aux opérations de prerafEinacJe.
Ii:xemple comparatif :
y
Si l'on traite la marne huile brute par un procédé de visco~c~ action con-
cuit en l'absence d'hydro~ène suivant des conditions similaires à celles
de l'exernple del invention en diluant prealablernen-t de la même Bacon
que dans l'exernple précédent le pétrole brut par une partie de la
coupe 130 - QUE, on obtient des résultats sensiblement identiques en
- 12 -
ce qui concerne le dessalage et la déshydratation du pétrole brut.
Le Milan des fractions recueillies est le suivant, exprimées en par-
lies pour 100 parties de pétrole brut :
S y- lie : 1,3 parties
C - C : 1,5 parties
PI - QUE : 2,5 parties
QUE QUE : 27,8 parties
QUE : 66,9 parties
Le brut synthétique reconstitué à partir des affluents liquides
recueillis est constitue, en pourcentages ponderaux, de :
PI - QUE : 2,57 JO
QUE : 26,80 %
QUE+ : 68,82
La viscosité cinématique de ce brut synthétique reconstitué est, à
QUE, de ~60 cet (mm2/s), ce qui ne satisfait pas aux normes de
transport au Venezuela.
