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CA 02891872 2015-05-19
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PROCEDE DE CONVERSION D'UNE CHARGE HYDROCARBONEE LOURDE
INTEGRANT UN DESASPHALTAGE SELECTIF EN AMONT DE L'ETAPE DE
CONVERSION.
Domaine de l'invention
La présente invention concerne un nouveau procédé de conversion d'une charge
lourde
d'hydrocarbures, notamment issue de la distillation atmosphérique ou de la
distillation
sous-vide de pétrole brut.
Il est connu que les performances des procédés de valorisation et de
conversion se
heurtent généralement à des limitations qui sont principalement liées à la
présence de
structures moléculaires dites réfractaires. En effet, ces structures
moléculaires (hétéro-
éléments, molécules polyaromatiques et molécules polaires présentes dans les
résines
et les asphaltènes) sont responsables de la formation de sédiments provoquant
un
bouchage des équipements des unités d'hydroconversion de charges lourdes et
par
voie de conséquence nuit à l'opérabilité de l'ensemble du procédé par des
arrêts
fréquents lors du fonctionnement de ces équipements.
Aussi, afin de réduire la fréquence des arrêts de fonctionnement, les unités
d'hydroconversion de charges lourdes sont souvent mises en oeuvre dans des
conditions opératoires plus douces, limitant par conséquent le taux de
conversion et
donc leur rentabilité.
Afin de se libérer de ces contraintes, une étape de prétraitement en amont de
l'unité
d'hydroconversion est souvent requise permettant ainsi d'éliminer les
structures les' plus
réfractaires, non seulement difficiles, mais également essentiellement
précurseurs de
sédiments. Ces étapes de prétraitement bien connues de l'homme du métier,
peuvent
être de manière non exhaustive un procédé de viscoréduction,
d'hydroviscoréduction,
de cokéfaction ou une unité de désasphaltage (appelé dans la suite du texte
SDA
classique ou conventionnel).
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Le principe du désasphaltage repose sur une séparation par précipitation d'un
résidu
pétrolier en deux phases: i) une phase dite "huile désasphaltée", encore
appelée
"matrice huile" ou "phase huile" ou DAO (De-Asphalted Oil selon la
terminologie anglo-
saxonne); et ii) une phase dite "asphalte" ou parfois "pitch" (selon la
terminologie anglo-
saxonne) contenant entre autres les structures moléculaires réfractaires.
Le brevet FR 2.906.814 de la demanderesse décrit un procédé comprenant
l'enchaînement d'une étape de désasphaltage classique produisant une huile
désasphaltée, une étape d'hydroconversion réalisée sur ladite huile
désasphaltée pour
produire un effluent, et une étape de distillation dudit effluent pour
produire un résidu qui
est renvoyé avec la charge à l'étape de désasphaltage classique.
Ce brevet décrit un désasphaltage classique qui, de par son principe, souffre
d'une
limitation du rendement en huile désasphaltée DAO qui augmente avec le poids
moléculaire du solvant (jusqu'au solvant C6/C7), puis plafonne à un seuil
propre à
chaque charge et chaque solvant.
Par ailleurs, le désasphaltage classique souffre d'une sélectivité très faible
entrainant
l'extraction d'une huile désasphaltée de surqualité . En effet, une bonne
partie des
structures moléculaires encore valorisables restent contenues dans la fraction
asphalte.
Un des objectifs de la présente invention est de maximiser au mieux le
rendement en
huile désasphaltée envoyée dans l'unité de lit bouillonnant tout en se plaçant
à la limite
d'opérabilité de l'unité de lit bouillonnant, c'est-à-dire à la limite des
spécifications en
termes de teneur en asphaltènes C7 présents dans la charge entrant dans
l'unité de lit
bouillonnant.
La présente invention vise à augmenter le niveau de conversion de la charge
valorisable
tout en minimisant la formation des sédiments dans les unités
d'hydroconversion, afin
d'en limiter les arrêts fréquents et donc l'opérabilité.
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La demanderesse dans ses recherches a mis au point un nouveau procédé de
conversion d'une charge lourde d'hydrocarbures permettant de pallier les
inconvénients
précités, par l'intégration d'au moins une étape de désasphaltage sélectif
permettant de
séparer au moins une fraction asphalte, au moins une fraction d'huile
désasphaltée. Il a
été constaté que la mise en oeuvre du procédé selon l'invention permettait
d'améliorer la
flexibilité et l'opérabilité du schéma de conversion de la charge selon
l'invention.
Objet de l'invention
La présente invention concerne un procédé de conversion d'une charge lourde
d'hydrocarbures ayant une température initiale d'ébullition d'au moins 300 C
comprenant les étapes suivantes :
a) au moins une étape de désasphaltage sélectif de la charge lourde
d'hydrocarbures
par extraction liquide/liquide permettant de séparer au moins une fraction
asphalte, au
moins une fraction d'huile désasphaltée, au moins une desdites étapes de
désasphaltage étant réalisée au moyen d'un mélange d'au moins un solvant
polaire et
d'au moins un solvant apolaire, les proportions dudit solvant polaire et dudit
solvant
apolaire du mélange de solvant étant ajustées selon les propriétés de la
charge traitée
et selon le rendement en asphalte et/ou la qualité de l'huile désasphaltée
souhaité '(e)(s),
lesdites étapes de désasphaltage étant mises en oeuvre dans les conditions
subcritiques
du mélange des solvants utilisé,
b) une étape d'hydroconversion de la fraction huile désasphaltée en présence
d'hydrogène dans au moins un réacteur triphasique, ledit réacteur contenant au
moins
un catalyseur d'hydroconversion et fonctionnant en lit bouillonnant, à courant
ascendant
de liquide et de gaz et comportant au moins un moyen de soutirage dudit
catalyseur
hors dudit réacteur et au moins un moyen d'appoint de catalyseur frais dans
ledit
réacteur, dans des conditions permettant d'obtenir un effluent comprenant une
fraction
gazeuse contenant majoritairement les composés H2 et H2S, et une fraction
liquide à
teneur réduite en carbone Conradson, en métaux, en soufre et en azote,
=
4
C) une étape de séparation de l'effluent issu de l'étape b) pour obtenir une
fraction
gazeuse contenant majoritairement les composés H2 et H2S et une fraction
liquide à
teneur réduite en carbone Conradson, en métaux, en soufre et en azote.
Une autre réalisation de l'invention concerne un procédé de conversion d'une
charge
lourde d'hydrocarbures ayant une température initiale d'ébullition d'au moins
300 C,
ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
a) au moins une étape de désasphaltage sélectif de la charge lourde
d'hydrocarbures par extraction liquide/liquide permettant de séparer au moins
une fraction asphalte, au moins une fraction d'huile désasphaltée, au moins
une
desdites étapes de désasphaltage étant réalisée au moyen d'un mélange d'au
moins un solvant polaire et d'au moins un solvant apolaire, la proportion
dudit
solvant polaire dans ledit mélange de solvant polaire et de solvant apolaire
étant
ajustée selon les propriétés de la charge traitée et selon le rendement en
asphalte et/ou la qualité de l'huile désasphaltée souhaité (e)(s), et comprise
entre 0,1 et 99,9 % volume/volume, ledit solvant polaire étant choisi dans le
groupe constitué par les solvants aromatiques purs, les solvants napthéno-
aromatiques, les solvants polaires comportant des hétéro-éléments, et les
mélanges de ceux-ci, ledit solvant apolaire comprenant un solvant composé
d'hydrocarbure saturé comprenant un nombre d'atomes de carbone supérieur ou
égal à 2, lesdites étapes de désasphaltage étant mises en oeuvre dans les
conditions subcritiques du mélange des solvants utilisé, à une température
inférieure à la température critique du mélange de solvants,
b) une étape d'hydroconversion de la fraction huile désasphaltée en
présence
d'hydrogène dans au moins un réacteur triphasique, ledit réacteur contenant au
moins un catalyseur d'hydroconversion et fonctionnant en lit bouillonnant, à
courant ascendant de liquide et de gaz et comportant au moins un moyen de
soutirage dudit catalyseur hors dudit réacteur et au moins un moyen d'appoint
de
catalyseur frais dans ledit réacteur, dans des conditions permettant d'obtenir
un
effluent comprenant une fraction gazeuse contenant majoritairement les
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composés H2 et H2S, et une fraction liquide à teneur réduite en résidus de
carbone Conradson, en métaux, en soufre et en azote,
c) une étape de séparation de l'effluent issu de l'étape b) pour obtenir
une fraction
gazeuse contenant majoritairement les composés H2 et H2S et une fraction
liquide à teneur réduite en résidus de carbone Conradson, en métaux, en soufre
et en azote, et dans lequel l'étape a) comprend au moins :
ai) une première étape de désasphaltage sélectif comprenant la mise en
contact de
la charge lourde d'hydrocarbures avec un mélange d'au moins un solvant polaire
et d'au moins un solvant apolaire, les proportions dudit solvant polaire et
dudit
solvant apolaire étant ajustées de manière à obtenir au moins une fraction de
phase asphalte et une fraction d'huile désasphaltée complète dite DAO
complète; et
a2) une deuxième étape de désasphaltage comprenant la mise en contact de la
fraction d'huile désasphaltée complète dite DAO complète issue de l'étape ai)
avec soit un solvant apolaire soit un mélange d'au moins un solvant polaire et
d'au moins un solvant apolaire, les proportions dudit solvant polaire et dudit
solvant apolaire dans le mélange étant ajustées de manière à obtenir au moins
une fraction d'huile désasphaltée légère dite DAO légère et une fraction
d'huile
désasphaltée lourde dite DAO lourde,
dans lequel lesdites étapes de désasphaltage sont mises en oeuvre dans les
conditions
subcritiques du solvant ou du mélange de solvants utilisé et dans lequel la
fraction
d'huile désasphaltée lourde dite DAO lourde est envoyée dans l'étape b).
Avantageusement, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape d)
de
séparation de la fraction liquide issue de l'étape c) en une fraction liquide
légère
bouillant à une température inférieure à 360 C et une fraction liquide lourde
bouillant à
une température supérieure à 360 C.
Avantageusement selon l'invention, l'étape b) d'hydroconversion opère sous une
pression absolue comprise entre 2 et 35 MPa, à une température comprise entre
300 et
550 C, à une vitesse spatiale horaire (VVH) comprise entre 0,1 h-1 et 10 h-1
et sous une
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quantité d'hydrogène mélangée à la charge comprise entre 50 et 5000 normaux
mètres
cube (Nm3) par mètre cube (m3) de charge liquide.
Avantageusement selon l'invention, le catalyseur d'hydroconversion est un
catalyseur
comprenant un support alumine et au moins un métal du groupe VIII choisi parmi
le
nickel et le cobalt, ledit élément du groupe VIII étant utilisé en association
avec au
moins un métal du groupe VIB choisi parmi le molybdène et le tungstène.
Avantageusement selon l'invention, le solvant polaire utilisé à l'étape a) de
désasphaltage est choisi parmi les solvants aromatiques purs ou napthéno-
aromatiques, les solvants polaires comportant des hétéro-éléments, ou leur
mélange ou
des coupes riches en aromatiques telles des coupes issues du FCC (Fluid
Catalytic
Cracking), des coupes dérivées du charbon, de la biomasse ou de mélange
biomasse/charbon.
Avantageusement selon l'invention, le solvant apolaire utilisé à l'étape a) de
désasphaltage comprend un solvant composé d'hydrocarbure saturé comprenant un
nombre d'atomes de carbone supérieur ou égal à 2, de préférence compris entre
2 et 9.
Avantageusement selon l'invention, l'étape a) est mise en uvre avec un
rapport de
volume du mélange de solvants polaire et apolaire sur la masse de la charge
compris
entre 1/1 et 10/1 exprimé en litres par kilogrammes.
Avantageusement selon l'invention, la charge est du pétrole brut ou une charge
issue
de la distillation atmosphérique ou de la distillation sous-vide de pétrole
brut, ou une
fraction résiduelle issue de la liquéfaction directe de charbon ou encore un
distillat
sous-vide ou encore une fraction résiduelle issue de la liquéfaction directe
de la
biomasse ligno-cellulosique seule ou en mélange avec du charbon et/ou une
fraction
pétrolière résiduelle.
Le procédé selon l'invention présente l'avantage de maximiser le rendement en
huile
désasphaltée envoyée dans l'unité d'hydroconversion en se plaçant au plus
proche des
spécifications limitantes de ladite unité à savoir la teneur en asphaltènes.
Le procédé
selon l'invention permet aussi d'améliorer la flexibilité du schéma de procédé
en
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6a
permettant de traiter un panel de charges plus large, et par voie de
conséquence sa
rentabilité.
Description détaillée de l'invention
La charge
La charge lourde d'hydrocarbures selon le procédé de l'invention est
avantageusement
une charge lourde issue de la distillation atmosphérique ou de la distillation
sous-vide
de pétrole brut, présentant typiquement des températures d'ébullition d'au
moins 300
C, de préférence supérieur à 450 C, et contenant des impuretés, notamment du
soufre, de l'azote et des métaux. La charge peut être du pétrole brut.
La charge selon le procédé de l'invention peut être d'origine pétrolière de
type résidu
atmosphérique ou résidu sous-vide issu de brut dit conventionnel (degré API
>200),
lourd (degré API compris entre 10 et 20 ) ou extra lourd (degré API<10 ).
La charge peut provenir d'origine géographique et géochimique (type I, II, IIS
ou III)
différentes, de degré de maturité et de biodégradation également différents.
La charge peut également être une fraction résiduelle issue de la liquéfaction
directe de
charbon (résidu atmosphérique ou résidu sous-vide issu par exemple du procédé
H-
CoalTM) ou encore un distillat sous-vide HCoaITM ou encore une fraction
résiduelle
issue de la liquéfaction directe de la biomasse ligno-cellulosique seule ou en
mélange
avec du charbon et/ou une fraction pétrolière résiduelle.
Ce type de charge est généralement riche en impuretés avec des taux en métaux
supérieurs à 20 ppm, de préférence supérieurs à 100 ppm. La teneur en soufre
est
supérieure à 0,5%, préférentiellement supérieure à 1%, et de préférence
supérieure à
2% poids. Le taux d'asphaltènes C7 est avantageusement supérieur à 1%, de
préférence le taux d'asphaltènes C7 est compris entre 1 et 40% et de manière
plus
préférée entre 2 et 30% poids. Les asphaltènes C7 sont des composés connus
pour
inhiber la conversion de coupes résiduelles, à la fois par leur aptitude à
former des
résidus hydrocarbonés lourds, communément appelés coke, et par leur tendance à
produire des sédiments qui limitent fortement l'opérabilité des unités
d'hydrotraitement
et d'hydroconversion. La teneur en carbone Conradson est supérieure à 5%,
voire 35%
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6b
poids. La teneur en carbone Conradson est définie par la norme ASTM D189
06(2019)
et représente pour l'homme du métier une évaluation bien connue de la quantité
de
résidus de carbone produit après une combustion sous des conditions standards
de
température et de pression.
Etape a) de désasphaltade sélectif de la charde lourde d'hydrocarbures
Conformément à l'étape a) du procédé selon l'invention, la charge subit au
moins une
étape de désasphaltage sélectif par extraction liquide/liquide permettant de
séparer au
moins une fraction asphalte, au moins une fraction d'huile désasphaltée, au
moins une
desdites étapes de désasphaltage étant réalisée au moyen d'un mélange d'au
moins un
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solvant polaire et d'au moins un solvant apolaire, les proportions dudit
solvant polaire et
dudit solvant apolaire du mélange de solvant étant ajustées selon les
propriétés de la
charge traitée et selon le rendement en asphalte et/ou la qualité de l'huile
désasphaltée
souhaité (e)(s), lesdites étapes de désasphaltage étant mises en oeuvre dans
les
=
conditions subcritiques du mélange des solvants utilisé
Les proportions dudit solvant polaire et dudit solvant apolaire du mélange de
solvant
sont ajustées selon les propriétés de la charge traitée et selon le rendement
en asphalte
et/ou la qualité de la DAO souhaité(e)(s).
Dans la suite du texte et dans ce qui précède, l'expression "mélange de
solvants selon
l'invention" est entendue comme signifiant un mélange d'au moins un solvant
polaire et
d'au moins un solvant apolaire selon l'invention.
Le désasphaltage sélectif mis en oeuvre dans l'étape a) permet d'aller plus
loin dans le
maintien de la solubilisation dans la matrice huile de tout ou partie des
structures
polaires des résines lourdes et des asphaltènes qui sont les principaux
constituants de
la phase asphalte dans le cas du désasphaltage classique. L'invention permet
ainsi de
choisir quels types de structures polaires restent solubilisées dans la
matrice huile. Par
conséquent, le désasphaltage sélectif mis en oeuvre dans l'invention permet de
n'extraire sélectivement de la charge qu'une partie de cet asphalte, c'est à
dire les
structures les plus polaires et les plus réfractaires dans les procédés de
conversion et
de raffinage. Le procédé selon l'invention permet, grâce à des conditions de
désasphaltage spécifiques, une plus grande flexibilité dans le traitement des
charges en
fonction de leur nature mais également en fonction de la qualité et/ou le
rendement en
huile désasphaltée destinée à être traitée dans l'unité d'hydroconversion. Par
ailleurs,
les conditions de désasphaltage selon l'invention permettent de s'affranchir
des
limitations de rendement en huile désasphaltée DAO imposées par l'utilisation
de
solvants paraffiniques.
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L'asphalte extrait lors du désasphaltage selon l'invention correspond à
l'asphalte ultime
composé essentiellement de structures moléculaires polyaromatiques et/ou
hétéroatomiques réfractaires en raffinage. Il en résulte un rendement en huile
désasphaltée valorisable amélioré.
L'étape a) de désasphaltage sélectif peut-être réalisée dans une colonne
d'extraction,
ou dans un mélangeur-décanteur. De préférence, le mélange de solvants selon
l'invention est introduit dans une colonne d'extraction ou un mélangeur-
décanteur, à
deux niveaux différents. De préférence, le mélange de solvants selon
l'invention est
introduit dans une colonne d'extraction ou un mélangeur-décanteur, à un seul
niveau
d'introduction. Cette étape est réalisée par extraction liquide/liquide en au
moins une
étape de désasphaltage, de préférence en deux étapes de désasphaltage
successives.
Selon l'invention, l'extraction liquide/liquide de(s) étape(s) de
désasphaltage est mise en
oeuvre en conditions subcritiques pour le mélange de solvants utilisé, c'est-à-
dire à une
température inférieure à la température critique du mélange de solvants.
Lorsqu'un seul
solvant, de préférence un solvant apolaire, est mis en oeuvre, l'étape de
désasphaltage
est mise en oeuvre en conditions subcritiques pour ledit solvant, c'est-à-dire
à une
température inférieure à la température critique dudit solvant. La température
d'extraction est avantageusement comprise entre 50 et 350 C, de préférence
entre 90 et
320 C, de manière plus préférée entre 100 et 310 C, de manière encore plus
préférée
entre 120 et 310 C, de manière encore plus préférée entre 150 et 310 C et la
pression
est avantageusement comprise entre 0,1 et 6 MPa, de préférence entre 2 et 6
MPa.
Le rapport de volume du mélange de solvants selon l'invention (volume de
solvant
polaire + volume de solvant apolaire) sur la masse de charge est généralement
compris
entre 1/1 et 10/1, de préférence entre 2/1 à 8/1 exprimé en litres par
kilogrammes.
Avantageusement selon le procédé de l'invention, le point d'ébullition du
solvant polaire
du mélange de solvants selon l'invention est supérieur au point d'ébullition
du solvant
apolaire.
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Le solvant polaire utilisé peut être choisi parmi les solvants aromatiques
purs ou
napthéno-aromatiques, les solvants polaires comportant des hétéro-éléments, ou
leur
mélange. Le solvant aromatique est avantageusement choisi parmi les
hydrocarbures
monoaromatiques, de préférence le benzène, le toluène ou les xylènes seuls ou
en
mélange; les diaromatiques ou polyaromatiques; les hydrocarbures naphténo-
hydrocarbures aromatiques tels que la tétraline ou l'indane; les hydrocarbures
aromatiques hétéroatomiques (oxygénés, azotés, soufrés) ou tout autre famille
de
composés présentant un caractère plus polaire que les hydrocarbures saturés
comme
par exemple le diméthylsulfoxyde (DMSO), le di-méthyl le formamide (DMF), le
tetrahydrofurane (THF). Le solvant polaire utilisé dans le procédé selon
l'invention peut
être également une coupe riche en aromatiques. Les coupes riches en
aromatiques
selon l'invention peuvent être par exemple des coupes issues du FCC (Fluid
Catalytic
Cracking) telles que l'essence lourde ou le LCO (LCO (light cycle oil). Citons
également
les coupes dérivées du charbon, de la biomasse ou de mélange biomasse/charbon
avec
éventuellement une charge pétrolière résiduelle après conversion
thermochimique avec
ou sans hydrogène, avec ou sans catalyseur. On peut également utiliser des
coupes
pétrolières légères type naphta, de préférence des coupes pétrolières légères
type
naphta straight-run. De manière préférée, le solvant polaire utilisé est un
hydrocarbure
monoaromatique pur ou en mélange avec un autre hydrocarbure aromatique.
Le solvant apolaire utilisé dans le procédé selon l'invention est de
préférence un solvant
composé d'hydrocarbure(s) saturé(s) comprenant un nombre de carbone supérieur
ou
égal à 2, de préférence compris entre 2 et 9. Ces solvants sont utilisés purs
ou en
mélange (par exemple: mélange d'alcanes et /ou de cycloalcanes ou bien de
coupes
pétrolières légères type naphta, de préférence des coupes pétrolières légères
type
naphta straight-run).
Le choix des conditions de température et de pression de l'extraction selon
l'invention
combiné au choix de la nature des solvants et au choix de la combinaison de
solvants
apolaire et polaire dans au moins une des étapes de désasphaltage permettent
d'ajuster
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les performances du procédé selon l'invention pour accéder notamment à un
domaine
de sélectivité jusque-là inaccessible avec le désasphaltage classique.
Dans le cas de la présente invention, l'optimisation de ces clefs de réglage
(nature des
5 .. solvants, proportions relatives des solvants polaire et apolaire et
conditions subcrifiques
du solvant ou du mélange de solvant utilisé) permet de séparer la charge en au
moins
deux fractions: une fraction asphalte dite ultime enrichie en impuretés et en
composés
réfractaires à la valorisation, une fraction huile désasphaltée enrichie en
structures des
résines et des asphaltènes les moins polaires non réfractaires. De ce fait, il
est possible
10 d'imposer des conditions opératoires plus sévères dans l'étape
d'hydroconversion, et
d'atteindre ainsi des niveaux de conversions supérieurs tout en réduisant la
fréquence
des arrêts lors du fonctionnement des unités d'hydroconversion.
Avantageusement, la proportion de solvant polaire dans le mélange de solvant
polaire et
de solvant apolaire est comprise entre 0,1 et 99,9% volume/volume, de
préférence-entre
0,1 et 95%, de manière préférée entre 1 et 95%, de manière plus préférée entre
1 et
90%, de manière encore plus préférée entre 1 et 85%, et de manière très
préférée entre
let 80%.
La proportion de solvant polaire dans le mélange de solvant polaire et
apolaire est
fonction de la nature de la charge lourde d'hydrocarbures, les structures
moléculaires
composant ladite charge variant d'une charge à une autre. Toutes les charges
ne
présentent pas un caractère réfractaire identique. Le taux d'asphalte à
extraire n'est
donc pas forcément le même selon la nature de la charge.
La nature de la charge dépend également de son origine qui peut être
pétrolière,
d'origine du charbon ou d'origine biomasse.
L'étape a) de désasphaltage sélectif présente l'avantage de permettre une
amélioration
considérable du rendement total en huile désasphaltée DAO sur toute une gamme
jusque-là inexplorée par le désasphaltage classique. Pour une charge donnée
dont le
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rendement total en huile désasphaltée obtenu est plafonné à 75% (extraction au
normal
heptane), le désasphaltage sélectif permet de couvrir par ajustement de la
proportion
solvant polaire et de solvant apolaire, combiné aux conditions d'extraction,
la gamme
75-99,9% de rendement en huile désasphaltée.
Le rendement total en huile désasphaltée de l'étape a) est avantageusement
compris
entre 50 et 99,9%, de préférence entre 75 et 99,9%, de manière plus préférée
entre 80
et 99,9%.
Un autre avantage selon l'invention est de permettre, grâce au désasphaltage
sélectif
selon l'étape a), la réduction de la fraction asphalte dont le rendement peut
être
largement plus bas par rapport à une mise en oeuvre par désasphaltage
classique, pour
une charge donnée. Selon le procédé selon l'invention, ce rendement est réduit
à la
fourchette 0,1 à 30% en fonction du rapport solvant apolaire/polaire. Il est
d'autant plus
réduit que la proportion en solvant polaire dans le mélange est élevée. En
conséquence,
le domaine d'extraction de l'asphalte avec un rendement dans la gamme 0,1-50%,
particulièrement 0,1-30%, de manière préférée 0,1-25%, de manière plus
préféréé 0,1-
15% est désormais couvert. Il est fonction de la sélectivité désirée pour une
charge
donnée ainsi que de la nature de la charge. Ceci est un point d'intérêt
sachant la
valorisation de l'asphalte (fraction pénalisante) constitue toujours une
véritable limitation
pour les schémas incluant ce type de procédé.
Selon le procédé de l'invention, l'étape a) peut être réalisée en deux étapes.
En effet, la
nature du solvant et/ou la proportion et/ou la polarité intrinsèque du solvant
polaire dans
le mélange de solvant peut être ajustée suivant que l'on désire extraire
l'asphalte lors
d'une première étape de désasphaltage ou lors d'une deuxième étape de
désasphaltage.
Dans un premier mode de réalisation, l'étape a) du procédé selon l'invention
est mise en
oeuvre dans une configuration dite de polarité décroissante, c'est-à-dire que
la polarité
du mélange de solvants utilisé lors de la première étape de désasphaltage est
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1')
supérieure à celle du solvant ou mélange de solvants utilisé lors de la
deuxième étape
de désasphaltage. Cette configuration permet d'extraire lors de la première
étape de
désasphaltage une fraction de phase asphalte dite ultime et une fraction
d'huile
désasphaltée complète dite DAO complète; deux fractions dites huile
désasphaltée
lourde et huile désasphaltée légère étant extraites de la DAO complète lors de
la
deuxième étape de désasphaltage.
Dans un second mode de réalisation, l'étape a) du procédé selon l'invention
est mise en
oeuvre dans une configuration dite de polarité croissante, c'est-à-dire que la
polarité du
solvant ou mélange de solvants utilisé lors de la première étape de
désasphaltage est
inférieure à celle du mélange de solvants utilisé lors de la deuxième étape de
désasphaltage. Dans une telle configuration, on extrait lors de la première
étape une
fraction d'huile désasphaltée dite légère et un effluent comprenant une phase
huile et
une phase asphalte; ledit effluent étant soumis à une deuxième étape de
désasphaltage
pour extraire une fraction de phase asphalte et une fraction d'huile
désasphaltée lourde
dite DAO lourde.
Premier mode de réalisation
Selon ce mode de réalisation, le procédé selon l'invention comprend au moins :
al) une première étape de désasphaltage sélectif comprenant la mise en contact
de la
charge lourde d'hydrocarbures avec un mélange d'au moins un solvant polaire et
d'au
moins un solvant apolaire, les proportions dudit solvant polaire et dudit
solvant apolaire
étant ajustées de manière à obtenir au moins une fraction de phase asphalte et
une
fraction d'huile désasphaltée complète dite DAO complète; et
a2) une deuxième étape de désasphaltage comprenant la mise en contact de la
fraction
d'huile désasphaltée complète dite DAO complète issue de l'étape al) avec soit
un
solvant apolaire soit un mélange d'au moins un solvant polaire et d'au moins
un solvant
apolaire, les proportions dudit solvant polaire et dudit solvant apolaire dans
le mélange
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étant ajustées de manière à obtenir au moins une fraction d'huile désasphaltée
légère
dite DAO légère et une fraction d' huile désasphaltée lourde dite DAO lourde,
dans lequel lesdites étapes de désasphaltage sont mises en oeuvre dans les
conditions
subcritiques du solvant ou du mélange de solvants utilisé et dans lequel la
fraction
d'huile désasphaltée lourde dite DAO lourde est envoyée dans l'étape b).
La première étape de désasphaltage permet ainsi d'extraire sélectivement et
ce, de
manière optimale et adaptée à chaque charge, une fraction de phase asphalte
dite
ultime, enrichie en impuretés et en composés réfractaires à la valorisation,
tout en
laissant solubilisée dans la fraction huile désasphaltée complète dite DAO
complète tout
ou partie des structures polaires des résines lourdes et des asphaltènes les
moins
polaires, qui elles, ne sont pas réfractaires pour les étapes de conversion et
raffinage en
aval. Ainsi, selon la proportion de solvant apolaire/polaire, le rendement en
huile
désasphaltée DAO peut être considérablement amélioré et de fait le rendement
en
asphalte considérablement minimisé. Ceci est un point d'intérêt sachant que la
valorisation de l'asphalte (fraction pénalisante) constitue toujours une
véritable limitation
pour les schémas incluant ce type de procédé.
L'huile désasphaltée DAO complète issue de l'étape al) avec au moins en partie
le
mélange de solvants est de préférence soumise à au moins une étape de
séparation
dans laquelle l'huile désasphaltée complète dite DAO complète est séparée d'au
moins
une partie du mélange de solvants, ou au moins une étape de séparation dans
laquelle
l'huile désasphaltée complète dite DAO complète est séparée uniquement du
solvant
apolaire ou uniquement du solvant polaire, avant d'être envoyée dans l'étape
a2).
Dans une variante du procédé, l'huile désasphaltée complète dite DAO complète
issue
de l'étape al) avec au moins en partie le mélange de solvants selon
l'invention est
soumise à au moins deux étapes de séparation successives permettant de séparer
individuellement les solvants dans chaque étape. Ainsi, par exemple, dans une
première
étape de séparation le solvant apolaire est séparé du mélange d'huile
désasphaltée
complète dite DAO complète et de solvant polaire; et dans une deuxième étape
de
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séparation le solvant polaire est séparé de l'huile désasphaltée complète dite
DAO
complète.
Les étapes de séparation sont avantageusement réalisées dans des conditions
supercritiques ou subcritiques.
A l'issue de l'étape de séparation, l'huile désasphaltée complète dite DAO
complète
séparée des solvants peut être envoyée préalablement dans au moins une colonne
de
strippage avant d'être envoyée dans la deuxième étape (étape a2) de
désasphaltage.
Le mélange de solvants polaire et apolaire ou les solvants individuellement
séparés sont
avantageusement recyclés dans le procédé en mélange ou par le biais de deux
bacs
contenant individuellement le solvant polaire et le solvant apolaire. Dans une
variante du
procédé seul le solvant apolaire est recyclé dans son bac d'appoint. Lorsque
les
solvants recyclés sont en mélange, la proportion apolaire/polaire est vérifiée
en ligne
dans le procédé et réajustée au besoin via les bacs d'appoint contenant
individuellement
le solvant polaire et le solvant apolaire. Lorsque les solvants sont
individuellement
séparés, lesdits solvants sont individuellement recyclés vers les bacs
d'appoint
respectifs.
La phase asphalte séparée de la première étape de désasphaltage est de
préférence à
l'état liquide et est généralement diluée au moins en partie avec une portion
du mélange
de solvants selon l'invention, dont la quantité peut aller jusqu'à 200%, de
préférence
entre 30 et 80% du volume d'asphalte soutiré. L'asphalte extrait avec au moins
en partie
le mélange de solvants polaire et apolaire à l'issue de l'étape d'extraction
peut être
mélangé avec au moins un fluxant de manière à être soutirée plus facilement.
Le fluxant
utilisé peut être tout solvant ou mélange de solvant pouvant solubiliser ou
disperser
l'asphalte. Le fluxant peut être un solvant polaire choisi parmi les
hydrocarbures
monoaromatiques, de préférence le benzène, le toluène ou le xylène; les
diaromatiques
ou polyaromatiques; les hydrocarbures naphténo-hydrocarbures aromatiques tels
que la
tétraline ou l'indane; les hydrocarbures aromatiques hétéroatomiques; les
solvants
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=
polaires à poids moléculaire correspondant à des températures d'ébullition
comprises
par exemple entre 200 C et 600 C telles que un LCO (light cycle oui de FCC),
un HCO
(Heavy cycle oil de FCC), slurry de FCC, HCGO (heavy coker gas-oil), ou un
extrait
aromatique ou une coupe extra-aromatique extraite d'une chaine huile, les
coupes VGO
5 issues d'une conversion de fractions résiduelles et/ou de charbon et/ou
de biomasse. Le
rapport de volume de fluxant sur la masse de l'asphalte est déterminé de
manière à ce
que le mélange puisse être facilement soutiré.
La deuxième étape de désasphaltage peut être mise en uvre sur au moins une
partie,
10 de préférence la totalité de l'huile désasphaltée complète dite DAO
complète issue de la
première étape de désasphaltage en présence d'un mélange d'au moins un solvant
polaire et d'au moins un solvant apolaire dans les conditions subcritiques
pour le
mélange de solvants utilisé. La deuxième étape de désasphaltage peut être
également
mise en oeuvre sur au moins une partie, de préférence la totalité de l'huile
désasphaltée
15 complète dite DAO complète issue de la première étape de désasphaltage
en présence
d'un solvant apolaire dans les conditions subcritiques pour le solvant
utilisé. La polarité
dudit solvant ou mélange de solvants est de préférence inférieure à celle du
mélange de
solvant utilisé dans la première étape de désasphaltage. Cette extraction est
effectuée
de manière à obtenir une fraction d'huile désasphaltée lourde dite DAO lourde
comprenant majoritairement la famille des résines et des asphaltènes les moins
polaires,
et une fraction d'huile désasphaltée légère dite DAO légère comprenant
majoritairement
la famille des hydrocarbures saturés et la famille des hydrocarbures
aromatiques.
Au moins une partie, de préférence la totalité de ladite fraction d'huile
désasphaltée
.. lourde dite DAO lourde est envoyée dans l'étape b) d'hydroconversion.
Au moins une partie de la fraction huile désasphaltée légère dite DAO légère
seule ou
en mélange avec au moins une partie de ladite fraction distillat sous-vide
bouillant à une
température comprise entre 360 et 520 C voire 540 C issue de l'étape de
séparation de
de la fraction liquide lourde issue de l'étape d) est avantageusement envoyée
vers des
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unités de post-traitement telles qu'une unité d'hydrotraitement et/ou
d'hydrocraquage, ou
de craquage catalytique.
Second mode de réalisation
Dans un second mode de réalisation, le procédé selon l'invention comprend au
moins :
al) une première étape de désasphaltage comprenant la mise en contact de la
charge
lourde d'hydrocarbures avec soit un solvant apolaire, soit un mélange d'au
moins un
Alvant polaire et d'au moins un solvant apolaire, les proportions dudit
solvant polaire et
dudit solvant apolaire du mélange étant ajustées de manière à obtenir au moins
une
fraction huile désasphaltée légère dite DAO légère et un effluent comprenant
une phase
huile et une phase asphalte; et
a'2) une deuxième étape de désasphaltage comprenant la mise en contact de
l'effluent
issu de l'étape al) avec un mélange d'au moins un solvant polaire et d'au
moins un
solvant apolaire, les proportions dudit solvant polaire et dudit solvant
apolaire étant
ajustées de manière à obtenir au moins une fraction de phase asphalte et une
fraction
d'huile désasphaltée dite DAO lourde,
dans lequel lesdites étapes de désasphaltage sont mises en oeuvre dans les
conditions
subcritiques du solvant ou du mélange de solvants utilisé et dans lequel la
fraction
d'huile désasphaltée lourde dite DAO lourde est envoyée dans l'étape b).
Dans le présent mode de réalisation, l'ordre d'extraction des catégories de
produits est
inversé: la polarité du solvant ou du mélange de solvant utilisé dans la
première étape
de désasphaltage est inférieure à celle du mélange de solvants utilisé dans la
deuxième
étape de désasphaltage.
La première étape de désasphaltage permet ainsi d'extraire sélectivement de la
charge
lourde d'hydrocarbures une fraction huile désasphaltée légère dite DAO légère
et un
effluent comprenant une phase huile et une phase asphalte. La première étape
de
désasphaltage (étape al) peut être mise en oeuvre aussi bien avec un solvant
apolaire
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qu'avec un mélange de solvant selon l'invention. La nature, la proportion
et/ou la polarité
du solvant polaire dans le mélange de solvant est adaptée, dans les conditions
subcritiques du solvant ou du mélange de solvants utilisé, de manière à
extraire une
fraction d'huile désasphaltée légère comprenant majoritairement la famille des
.. hydrocarbures saturés et la famille des hydrocarbures aromatiques.
Au moins une partie de la fraction huile désasphaltée légère dite DAO légère
seule ou
en mélange avec au moins une partie de ladite fraction distillat sous-vide
bouillant à une
température comprise entre 360 et 520 C voire 540 C issue de l'étape de
séparation de
la fraction liquide lourde issue de l'étape d) est avantageusement envoyée
vers des
unités de post-traitement telles que une unité d'hydrotraitement et/ou
d'hydrocraquage,
ou de craquage catalytique.
L'effluent comprenant une phase huile et une phase asphalte, extrait de la
première
étape de désasphaltage peut contenir au moins en partie le solvant apolaire ou
le
mélange de solvants selon l'invention. Avantageusement selon l'invention,
ledit effluent
est soumis à au moins une étape de séparation dans laquelle il est séparé d'au
moins
une partie du solvant apolaire ou d'au moins une partie du mélange de
solvants, ou au
moins une étape de séparation dans lequel ledit effluent est séparé uniquement
du
.. solvant apolaire ou uniquement du solvant polaire contenu dans le mélange
de solvants,
avant d'être envoyé dans l'étape a'2).
Dans une variante du procédé selon l'invention, ledit effluent peut être
soumis à au
moins deux étapes de séparation successives permettant de séparer
individuellement
les solvants dans chaque étape de séparation, avant d'être envoyé dans l'étape
a'2).
Les étapes de séparation sont avantageusement réalisées dans des conditions
supercritiques ou subcritiques.
A l'issue de l'étape de séparation, l'effluent comprenant la phase huile et la
phase
asphalte séparé du solvant ou du mélange de solvants selon l'invention peut
être
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envoyé préalablement dans au moins une colonne de strippage avant d'être
envoyé
dans la deuxième étape de désasphaltage.
Le mélange de solvants polaire et apolaire ou les solvants individuellement
séparés sont
avantageusement recyclés dans le procédé en mélange ou par le biais de deux
bacs
contenant individuellement le solvant polaire et le solvant apolaire. Dans une
variante du
procédé seul le solvant apolaire est recyclé dans son bac d'appoint. Lorsque
les
solvants recyclés sont en mélange, la proportion apolaire/polaire est vérifiée
en. ligne
dans le procédé et réajustée au besoin via les bacs d'appoint contenant
individuellement
le solvant polaire et le solvant apolaire. Lorsque les solvants sont
individuellement
séparés, lesdits solvants sont individuellement recyclés vers les bacs
d'appoint
respectifs.
La deuxième étape de désasphaltage est mise en uvre sur l'effluent comprenant
une
phase huile et une phase asphalte issue de la première étape de désasphaltage
al) en
présence d'un mélange d'au moins un solvant polaire et d'au moins un solvant
apolaire
dans les conditions subcritiques pour le mélange de solvants utilisé. La
polarité dudit
mélange de solvants est de préférence supérieure à celle du solvant ou du
mélange de
solvant utilisé dans la première étape de désasphaltage. Cette extraction est
effectuée
de manière à extraire sélectivement de l'effluent, une fraction asphalte dite
ultime,
enrichie en impuretés et en composés réfractaires à la valorisation, tout en
laissant
solubilisées dans une fraction d'huile désasphaltée lourde dite DAO lourde
tout ou partie
des structures polaires des résines et des asphaltènes les moins polaires
restant
généralement contenues dans la fraction asphalte dans le cas de désasphaltage
classique.
Au moins une partie, de préférence la totalité de ladite fraction d'huile
désasphaltée
lourde dite DAO lourde est envoyée dans l'étape b) d'hydroconversion.
Etape b) d'hvdroconversion de la fraction d'huile désasphaltée issue de
l'étape a)
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Conformément à l'étape b) du procédé selon l'invention, la fraction d'huile
désasphaltée
issue de l'étape a) subit une étape b) d'hydroconversion en présence
d'hydrogène dans
au moins un réacteur triphasique, ledit réacteur contenant au moins un
catalyseur
d'hydroconversion et fonctionnant en lit bouillonnant, à courant ascendant de
liquide et
de gaz et comportant au moins un moyen de soutirage dudit catalyseur hors
dudit
réacteur et au moins un moyen d'appoint de catalyseur frais dans ledit
réacteur, dans
des conditions permettant d'obtenir un effluent comprenant une fraction
gazeuse
contenant majoritairement les composés H2 et H2S, et une fraction liquide à
teneur
réduite en carbone Conradson, en métaux, en soufre et en azote,
=
L'étape b) d'hydroconversion de la charge selon l'invention est généralement
effectuée
dans des conditions classiques d'hydroconversion en lit bouillonnant d'une
fraction
hydrocarbonée liquide. On opère habituellement sous une pression absolue
comprise
entre 2 et 35 MPa, de préférence entre 5 et 25 MPa et de manière préférée,
entre 6 et
20 MPa, à une température comprise entre 300 et 550 C et de préférence
comprise
entre 350 et 500 C. La vitesse spatiale horaire (VVH) et la pression partielle
d'hydrogène sont des facteurs importants que l'on choisit en fonction des
caractéristiques du produit à traiter et de la conversion souhaitée. De
préférence, la VVH
est comprise entre 0,1 h-1 et 10h-1 et de manière préférée entre 0,15 h-1 et 5
h-1. La
quantité d'hydrogène mélangée à la charge est de préférence comprise entre 50
et 5000
normaux mètres cube (Nm3) par mètre cube (m3) de charge liquide et de manière
préférée, entre 100 et 2000 Nm3/m3, et de manière très préférée entre 200 et
1000 Nm3/m3.
L'étape b) est avantageusement mise en oeuvre dans un ou plusieurs réacteurs
triphasiques d'hydroconversion, de préférence un ou plusieurs réacteurs
triphasiques
d'hydroconversion avec des ballons décanteurs intermédiaires. 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 réinjecté en bas du
réacteur.
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Le catalyseur d'hydroconversion utilisé dans l'étape b) du procédé selon
l'invention est
avantageusement un catalyseur granulaire de taille de l'ordre de 1 mm. Le
catalyseur
est le plus souvent sous forme d'extrudés ou de billes. Typiquement, le
catalyseur
comprend un support, dont la répartition poreuse est adaptée au traitement de
la
5 charge, de préférence amorphe et de manière très préférée de l'alumine,
un support
silice-alumine étant aussi envisageable dans certains cas 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
10 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
nickel est
avantageusement comprise entre 0,5 à 15 % exprimée en poids d'oxyde de nickel
(NiO)
15 et de préférence entre 1 à 10 % poids et la teneur en molybdène est
avantageusement
comprise entre 1 et 40 % exprimée en poids de trioxyde de molybdène (Mo03), et
de
préférence entre 4 et 20 % poids. Ledit catalyseur peut également
avantageusement
contenir du phosphore, la teneur en oxyde de phosphore étant de préférence
inférieure
à 20 % poids et de préférence inférieure à 10 % poids.
Avantageusement, on peut injecter un précurseur catalytique (ou additif
catalytique) soit
avec la charge de l'unité d'hydroconversion opérant en lit bouillonnant, soit
au
séparateur inter-étage entre deux réacteurs, soit à l'entrée d'un des autres
réacteurs. Le
terme "précurseur catalytique ou additif catalytique " se réfère ici à un
catalyseur
d'hydroconversion dont les propriétés de taille et de densité sont telles
qu'il est entrainé
par la charge en conversion dans les zones réactionnelle d'hydroconversion,
par
opposition au catalyseur décrit ci-dessus non circulant.
Le catalyseur d'hydroconversion usagé peut conformément au procédé selon
l'invention
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 ou
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régénéré ou réjuvéné, de préférence à intervalle de temps régulier et de
manière
préférée par bouffée ou de façon quasi continue. Le taux de remplacement du
catalyseur d'hydroconversion usé par du catalyseur frais est avantageusement
compris
entre 0,01 kilogramme et 10 kilogrammes par mètre cube de charge traitée, et
de
préférence entre 0,3 kilogramme et 3 kilogrammes 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 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 b) 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
b) d'hydroconversion.
L'étape b) du procédé selon l'invention est avantageusement mise en uvre dans
les
conditions du procédé H.OilTM tel que décrit par exemple dans les brevets US-A-
4,521,295 ou US-A-4,495,060 ou US-A-4,457,831 ou US-A-4,354,852 ou dans
l'article
Aiche, March 19-23, 1995, HOUSTON, Texas, paper number 46d, Second generation
ebullated bed technology.
Le catalyseur d'hydroconversion utilisé dans l'étape b) d'hydroconversion
permet
avantageusement d'assurer à la fois la démétallation et la désulfuration, dans
des
conditions permettant d'obtenir un effluent comprenant une fraction gazeuse
contenant
majoritairement les composés H2 et H2S, et une fraction liquide à teneur
réduite en
carbone Conradson, en métaux, en soufre et en azote.
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Etape c) de séparation de l'effluent issu de l'étape b)
L'effluent issu de l'étape b) d'hydroconversion subit ensuite conformément à
l'étape c)
du procédé selon l'invention, une séparation pour obtenir une fraction gazeuse
contenant majoritairement les composés H2 et H2S et une fraction liquide à
teneur
réduite en carbone Conradson, en métaux, en soufre et en azote.
Cette séparation comprend tout moyen de séparation connu par l'homme du
métier. De
préférence, cette séparation est réalisée par un ou plusieurs ballons de flash
en série, et
de manière préférée par un enchaînement de deux ballons de flash successifs.
Etape d) optionnelle de séparation de la fraction liquide issue de l'étape c)
Avantageusement selon l'invention, la fraction liquide issue de l'étape c)
subit ensuite
conformément à l'étape d), une étape de séparation pour obtenir une fraction
liquide
légère bouillant à une température inférieure à 360 C, de préférence
inférieure à 375 C
et une fraction liquide lourde bouillant à une température supérieure à 360 C,
de
préférence supérieure à 375 C.
Dans l'étape d) de séparation, les conditions sont choisies de manière à ce
que le point
de coupe soit de 360 C, de préférence de 375 C permette d'obtenir deux
fractions
liquides, une fraction liquide dite légère, et une fraction liquide dite
lourde.
La fraction liquide légère directement obtenue en sortie de l'étape d) de
séparation seule
ou en mélange avec la fraction gazeuse issue de l'étape c) est ensuite
avantageusement séparée des gaz légers (H2, H2S, NH3 et C1-C4) par tout moyen
de
séparation connu de l'homme du métier tel que par exemple par passage dans un
ballon
de flash, de manière à récupérer l'hydrogène gazeux qui est avantageusement
recyclé
après purification dans l'étape b) d'hydroconversion.
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Ladite fraction liquide légère, avantageusement séparée desdits gaz légers et
bouillant à
une température inférieure à 360 C, de préférence inférieure à 375 C comprend
majoritairement une fraction bouillant à une température inférieure à 180 C
correspondant à la fraction essence, une fraction gazole bouillant à une
température
comprise entre 180 et 360 C voire entre 180 et 375 C.
Ladite fraction liquide légère est ensuite avantageusement envoyée dans une
étape de
séparation, de préférence dans une colonne de distillation atmosphérique pour
en
séparer lesdites fractions.
La fraction liquide lourde obtenue en sortie de l'étape d) et bouillant à une
température
supérieure à 360 C, de préférence supérieure à 375 C contient au moins une
partie de
la fraction gazole bouillant entre 250 et 375 C, une fraction bouillant entre
360 et 520 C
voire 540 C, de préférence entre 375 et 520 C voire 540 C, appelée distillat
sous-vide
(ou VGO selon la terminologie anglo-saxonne) et une fraction non convertie
bouillant à
une température supérieure à 520 C voire 540 C, appelée résidu sous-vide.
Ladite
fraction distillat sous-vide (ou VGO selon la terminologie anglo-saxonne)
comprend une
fraction distillat sous-vide dite légère (ou VGO léger) bouillant entre 360 et
400 C voire
420 C et une fraction distillat sous-vide dite lourde (ou VGO lourd) bouillant
entre 400 et
520 C voire 540 C et de préférence entre 420 et 520 C voire 540 C.
Ladite fraction liquide lourde est avantageusement envoyée dans une étap,e de
séparation, de préférence dans une colonne de distillation sous-vide pour en
séparer
lesdites fractions. Les fractions distillats sous-vide légère (ou VGO léger)
et lourde (ou
VGO lourd) peuvent être individuellement séparées ou pas au cours de ladite
étape de
séparation.
Dans une variante du procédé selon l'invention, au moins une partie du résidu
sous-vide
bouillant à une température supérieure à 520 C voire 540 C est renvoyée dans
l'étape
a) de désasphaltage en mélange avec la charge.
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24
Dans une variante du procédé selon l'invention, au moins une partie de la
fraction
distillat sous-vide (VGO), avantageusement issue de l'étape de séparation de
la fraction
liquide lourde issue de l'étape d), est renvoyée dans l'étape b)
d'hydroconversion en
mélange avec la fraction d'huile désasphaltée issue de l'étape a).
Ceci présente l'avantage d'améliorer la sélectivité en gazole, produit fini
recherché dans
le schéma du procédé, et ce en faisant subir une seconde passe au distillat
sous-vide
(VGO) dans l'étape b) d'hydroconversion. =
Un autre intérêt d'un tel recyclage est de fournir un levier supplémentaire
permettant
d'aller plus loin dans la solubilisation dans la fraction d'huile désasphaltée
(DAO) des
structures polaires des résines lourdes et des asphaltènes.
Le recyclage du distillat sous-vide (VGO) essentiellement exempt d'asphaltènes
permet
de diluer les asphaltènes présents dans la fraction d'huile désasphaltée (DAO)
envoyée
dans l'étape b) d'hydroconversion. En conséquence, la phase d'asphalte s'en
trouve
réduite et la conversion globale du système améliorée.
D'autre part, le distillat sous-vide (VGO) de par son caractère aromatique
prépondérant
permet, lors de son recyclage dans le lit bouillonnant de stabiliser le milieu
traité en
solubilisant et/ou peptisant et/ou dispersant les structures moléculaires
propices à la
formation des sédiments et ainsi d'améliorer l'opérabilité du schéma.
Lorsque la fraction distillat sous-vide (VGO) bouillant entre 400 et 520 C
voire 540 C
est renvoyée dans l'unité de lit bouillonnant une partie cette fraction
correspondant à la
fraction distillat sous-vide léger se vaporise et pénalise le temps de
résidence du liquide
dans l'unité de lit bouillonnant.
Ainsi, dans une autre variante du procédé selon l'invention, seule au moins
une 'partie
de la fraction distillat sous-vide lourd (ou VGO lourd) bouillant entre 400 et
520 C voire
540 C et de préférence entre 420 et 520 C voire 540 C, avantageusement issue
de
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l'étape de séparation de la fraction liquide lourde issue de l'étape d), est
renvoyée dans
l'étape b) d'hydroconversion en mélange avec la fraction d'huile désasphaltée
issue de
l'étape a).
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26
Exemples
Exemple 1 (comparatif) : SDA conventionnel suivi d'une étape d'hydroconversion
La charge, un résidu sous-vide Oural (VR Oural), est envoyée dans une unité de
désasphaltage classique. Le solvant utilisé est du pentane. Les
caractéristiques de la
charge et de l'huile désasphaltée obtenue (DA01) sont détaillées ci-dessous
dans le
tableau 1. Les conditions du désasphaltage sont :
= un taux de solvant/charge de 8/1,
= une pression dans l'unité de désasphaltage de 3,7 MPa (absolu : abrégé abs
dans la
suite des exemples)
= et une température d'extraction de 180 C.
Tableau 1 : Composition de la charge et de l'huile désasphaltée DA01
VR Oural DAO 1
Densité 1.003 0.972
CCR (%pds) 14.5 9
C7 Asph (%pds) 5.2 0.05
Ni (ppm) 50 12
V (ppm) 170 42
N (ppm) 5300 4360
S (%pds) 2.72 2.45
%pds = pourcentage poids; ppm= partie par millions; C7 Asph = Asphaltènes C7,
Ni =
Nickel; V = Vanadium; N = Azote; S = Soufre.
L'huile désasphaltée DA01 est traitée dans une unité d'hydroconversion en lit
bouillonnant dans les conditions opératoires :
= de 15 MPa (abs) de pression,
= une température de 435 C,
= et en
présence d'un catalyseur du type NiMo sur alumine. =
Les rendements (tableau 2) sont indiqués sur une base 100% poids par rapport à
la
charge d'entrée.
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Tableau 2 : Rendements
H2S + NH3 0.15
Gaz 2.49
Essence (P1-180 C) 10.87
Gazole(180 C-360 C) 23.56
VGO (360 C-540 C) 31.25
VR (540 C+) 10.83
DAO 0
Asphalte SDA 22.00
Total 101.15
Consommation 112 1.15
La conversion globale de la fraction 540+ de la charge d'entrée est de 67%.
Exemple 2 (selon l'invention): SDA sélectif suivi d'une étape
d'hvdroconversiOn
La même charge que celle utilisée dans l'exemple 1 est envoyée dans une unité
de
désasphaltage sélectif. Le solvant utilisé est un mélange
d'heptane(C7)/toluène dans un
rapport 96/4 volume/volume. Les caractéristiques de la charge et de l'huile
désasphaltée (DA02) obtenue sont détaillées dans le tableau 3. Les conditions
du
désasphaltage sont :
= un taux de solvant/charge de 8/1,
= une pression dans l'unité de désasphaltage sélectif de 4 MPa (abs)
= et une température d'extraction de 240 C.
=
Tableau 3: Composition de la charge et de l'huile désasphaltée DA02
VR Oural DAO 2
Densité 1.003 0.988
CCR ("Apds) 14.5 10.4
C7 Asph (/0pds) 5.2 0.09
Ni (ppm) 50 18
V (ppm) 170 60
N (ppm) 5300 4611
S (/0pds) 2.72 2.54
%pds = pourcentage poids; ppm= partie par millions; C7 Asph = Asphaltènes C7,
Ni =
Nickel; V = Vanadium; N = Azote; S = Soufre.
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L'huile désasphaltée (DA02) représente par rapport à l'huile désasphaltée DA01
de
l'exemple 1 une coupe plus large de la charge d'entrée (85% pds contre 78%
pds).
Cette huile désasphaltée contient par ailleurs 0,1% d'asphaltènes C7 (C7 Asph)
correspondant à la spécification maximum imposée en entrée de l'unité
d'hydroconversion. L'unité d'hydroconversion en lit bouillonnant est mise en
oeuvre dans
les conditions opératoires :
= de 15 MPa (abs) de pression,
= une température de 435 C
= et en présence d'un catalyseur du type NiMo sur alumine.
Les rendements sont indiqués sur une base 100 poids par rapport à la charge
d'entrée.
Tableau 4: Rendements
H2S+NH3 2.57
Gaz 6.98
Essence (PI-180 C) 11.54
Gazole(180 C-360 C) 39.24
VGO (360 C-540 C) 20.66
VR (540 C+) 6.08
DAO 0
Asphalte SDA 15.00
Total 102.07
Consommation 112 2.07
La conversion globale de la fraction 540+ de la charge d'entrée a été
améliorée et est
dorénavant de 79%.
Exemple 3 (selon l'invention): SDA sélectif suivi d'une étape
d'hydroconversion
avec un recyclage de la coupe VGO
La même charge que celle utilisée dans l'exemple 1 est envoyée dans une unité
de
désasphaltage sélectif. Le solvant utilisé est un mélange
d'heptane(C7)/toluène dans un
rapport 95/5 volume/volume. Les caractéristiques de la charge et de l'huile
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désasphaltée (DA03) obtenue sont détaillées ci-dessous dans le tableau 5. Les
conditions du désasphaltage sont :
= un taux de solvant/charge de 8/1,
= une pression dans l'unité de désasphaltage sélectif de 4 MPa (abs)
= et une température d'extraction de 240 C.
=
Le rapport C7/toluène est diminué pour encore améliorer le rendement en huile
désasphaltée (DA03). La teneur en asphaltènes dans la DA03 sélective dépasse
la
spécification maximum de 0,1% pds fixée à l'entrée de l'unité
d'hydroconversion. Une
partie du distillat sous-vide (VGO) issu de l'étape de séparation de la
fraction liquide
lourde séparée de l'étape d) du procédé est envoyé en mélange avec l'huile
désasphaltée (DA03) dans le lit-bouillonnant. Le rapport en poids VGO/DA03 est
fixé à
20/80 pour respecter la spécification maximum de 0,1% poids d'asphaltènes C7
(C7
Asph). Les caractéristiques du mélange sont présentées dans le tableau 5.
Tableau 5 : Composition de la charge, de l'huile désasphaltée DA03, du VGO et
du
mélange VGO/DA03
VR Oural DAO 3 VGO Mélange DA03
/ VGO
Densité 1.003 0.993 0.845 0.959
CCR (`Yopds) 14.5 11.9 0.2 9.6
C7 Asph (/0pds) 5.2 0.12 0.0 0.10
Ni (ppm) 50 28 0.0 22
V (ppm) 170 94 0.0 75
N (ppm) 5300 4770 518 3920
S ("Apds) 2.72 2.61 0.05 2.10
%pds = pourcentage poids; ppm= partie par millions; C7 Asph = Asphaltènes C7,
Ni =
Nickel; V = Vanadium; N = Azote; S = Soufre.
Le mélange VGO/DA03 est envoyé dans l'unité d'hydroconversion en lit
bouillonnant
dans les conditions opératoires :
= de 15 MPa (abs) de pression,
= une température de 435 C
= et en présence d'un catalyseur du type NiMo sur alumine.
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Les rendements sont indiqués sur une base 100 poids par rapport à la charge
d'entrée.
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Tableau 6: Rendements
H2S + NH3 2.34
Gaz 7.52
Essence (P1-180 C) 12.34
Gazole(180 C-360 C) 42.00
VGO (360 C-540 C) 21.69
V R (540 C+) 6.33
DAO 0
Asphalte SDA 10
Total 102.22
Conso. 112 2.22
La conversion globale de la fraction 540+ de la charge d'entrée est de 84%. La
10 sélectivité en gazole et en essence a été améliorée respectivement de
2,76% pds et de
0,80% pds.
