FR3053356A1 - Procede de traitement de charges lourdes 10 d'hydrocarbures - Google Patents

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FR1656210A
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Frederic Bazer-Bachi
Pascal Chatron-Michaud
Cecile Plais
Elodie Tellier
Wilfried Weiss
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    • C10G67/00—Treatment of hydrocarbon oils by at least one hydrotreatment process and at least one process for refining in the absence of hydrogen only
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10G31/00—Refining of hydrocarbon oils, in the absence of hydrogen, by methods not otherwise provided for
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Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement d'une charge d'hydrocarbures contenant des asphaltènes, des sédiments, des impuretés soufrées, azotées et métalliques dans lequel la charge traverse une section de filtration (A) puis une section catalytique (B) située en aval de la section de filtration, la section de filtration (A) incluant au moins deux unités de filtration en lit fixe (1, 2) disposées en série, fonctionnant de manière permutable et la section catalytique (B) incluant au moins un réacteur catalytique en lit fixe (3, 4), étant entendu que le volume total des lits fixes de filtration est compris entre 1% et 50% du volume total de catalyseur de la section catalytique. Le procédé met en œuvre un recyclage du catalyseur de la section catalytique dans la section de filtration.

Description

© N° de publication : 3 053 356 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction) © N° d’enregistrement national : 16 56210 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE
COURBEVOIE © Int Cl8 : C 10 G 65/04 (2017.01), C10G 31/09, 45/02
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
(© Date de dépôt : 30.06.16. © Demandeur(s) : IFP ENERGIES NOUVELLES Etablis-
(© Priorité : sement public — FR.
@ Inventeur(s) : BAZER-BACHI FREDERIC, CHA-
TRON-MICHAUD PASCAL, PLAIS CECILE, TELLIER
(43) Date de mise à la disposition du public de la ELODIE et WEISS WILFRIED.
demande : 05.01.18 Bulletin 18/01.
(© Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Se reporter à la fin du
présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux ® Titulaire(s) : IFP ENERGIES NOUVELLES Etablisse-
apparentés : ment public.
©) Demande(s) d’extension : © Mandataire(s) : IFP ENERGIES NOUVELLES.
FR 3 053 356 - A1 (34) PROCEDE DE TRAITEMENT DE CHARGES LOURDES 10 D'HYDROCARBURES.
©) L'invention concerne un procédé de traitement d'une charge d'hydrocarbures contenant des asphaltènes, des sédiments, des impuretés soufrées, azotées et métalliques dans lequel la charge traverse une section de filtration (A) puis une section catalytique (B) située en aval de la section de filtration, la section de filtration (A) incluant au moins deux unités de filtration en lit fixe (1,2) disposées en série, fonctionnant de manière permutable et la section catalytique (B) incluant au moins un réacteur catalytique en lit fixe (3, 4), étant entendu que le volume total des lits fixes de filtration est compris entre 1% et 50% du volume total de catalyseur de la section catalytique. Le procédé met en oeuvre un recyclage du catalyseur de la section catalytique dans la section de filtration.
Figure FR3053356A1_D0001
La présente invention concerne un procédé de traitement en continu d'une charge d'hydrocarbures contenant des asphaltènes, des sédiments, des impuretés soufrées, azotées et métalliques à l'aide d'un système qui comprend une unité de filtration et une unité catalytique disposée en aval de l'unité de filtration.
Etat de la technique
L'objectif de l'hydrotraitement catalytique de charges lourdes est à la fois de raffiner, c'est-àdire de réduire sensiblement leur teneur en asphaltènes, métaux, soufre et autres impuretés tout en améliorant le rapport hydrogène sur carbone (H/C) et tout en les transformant plus ou moins partiellement en coupes plus légères. Les différents effluents ainsi obtenus pouvant servir de bases à la production de fioul, de gazole ou d'essence, ou de charges pour d'autres unités comme le craquage de résidus.
Un des problèmes posé par l'hydrotraitement catalytique de ces charges est que des impuretés peuvent se déposer à la surface et/ou dans la porosité du catalyseur et/ou dans les interstices entre les grains de catalyseurs, sous forme de métaux, notamment des sulfures de métaux, et de coke, tendant à désactiver et à colmater rapidement le système catalytique, ce qui nécessite un arrêt de l'installation afin de procéder au remplacement du lit catalytique désactivé.
Pour être industriellement viables, les procédés d'hydrotraitement de ce type de charges doivent donc être conçus de façon à permettre un cycle d'opération le plus long possible sans arrêter le système. Par exemple, l'objectif est d'atteindre au minimum un an d'opération, soit onze mois minimum de marche continue avec un mois d'arrêt maximum pour le remplacement de tout le système catalytique.
Deux types de procédé d'hydrotraitement permettant le traitement de charges lourdes telles que des résidus atmosphériques (RA) ou sous vide (RSV) existent : les procédés en lit fixe et les procédés en lit bouillonnant. Zong et al. (Recent Patents on Chemical Engineering, 2009, 2, 22-36) résument les différents procédés connus dans le traitement de charges pétrolières lourdes.
La technologie des procédés à lit fixe est industriellement la plus répandue en raison de sa maturité technique, un coût moindre et une performance stable et fiable. Dans de tels procédés, la charge circule à travers plusieurs réacteurs à lit fixe disposés en série, le ou les premiers réacteurs étant utilisés pour y réaliser principalement l'hydrodémétallation de la charge (étape dite d'HDM) ainsi qu'une partie de l'hydrodésulfuration, le ou les derniers réacteurs étant utilisés pour y réaliser le raffinage profond de la charge et en particulier l'hydrodésulfuration (étape dite d'HDS). Les effluents raffinés sont soutirés du dernier réacteur d'hydrotraitement.
Les procédés en lit fixe conduisent à des performances en raffinage élevées (production de coupes 370°C+ avec moins de 0,5% poids de soufre et contenant moins de 20 ppm de métaux) à partir de charge contenant jusqu'à 5% poids de soufre et jusqu'à 300 ppm de métaux, notamment du nickel et du vanadium). Les différents effluents ainsi obtenus peuvent servir de bases pour la production de fiouls lourds de bonne qualité, de gazole et d'essence, ou de charges pour d'autres unités telles que le craquage catalytique.
Généralement pour compenser cette désactivation du catalyseur, la température du réacteur est augmentée, ce qui favorise la formation de coke et accélère les processus de colmatage intragranulaire (bouchage de la porosité interne du catalyseur) et extragranulaire (bouchage du lit catalytique).
Un autre problème posé par l'hydrotraitement catalytique en lit fixe de ces charges est le colmatage des lits catalytiques, notamment au niveau de leur partie supérieure, et plus particulièrement pour le premier lit catalytique en contact avec la charge, par le dépôt de composés asphaltènes et de sédiments contenus dans la charge. Ce colmatage participe à l'accélération du phénomène de désactivation et génère une augmentation de la perte de charge dans le réacteur nécessitant tôt ou tard un arrêt de l'unité pour le remplacement du catalyseur.
On a cherché à résoudre ces inconvénients des agencements en lits fixes de différentes manières, notamment en utilisant des lits de garde agencés en amont des réacteurs principaux. La principale tâche des lits de garde est de protéger les catalyseurs des réacteurs principaux d'hydrotraitement en aval en effectuant une partie de la démétallation et en filtrant les particules contenues dans la charge qui peuvent conduire au colmatage. Les lits de garde sont généralement intégrés dans la section HDM dans un procédé d'hydrotraitement de charges lourdes incluant généralement une première section d'HDM, puis une deuxième section d'HDT. Bien que les lits de garde soient généralement utilisés pour effectuer une première hydrodémétallation et un filtrage, d'autres réactions d'hydrotraitement (HDS, HDN...) auront inévitablement lieu dans ces réacteurs grâce à la présence d'hydrogène et d'un catalyseur.
On a ainsi pensé à installer un ou plusieurs réacteurs en lit mobile en tête de l'étape HDM (US 3910834 ou GB 2124252). Ces lits mobiles peuvent marcher à co-courant (procédé HYCON de SHELL par exemple) ou à contre-courant (procédé OCR de Chevron Lummus Global et procédé HYVAHL-MTM de la demanderesse par exemple).
On a aussi pensé à ajouter un réacteur de garde en lit fixe devant les réacteurs d'HDM (US 4118310 et US 3968026). Le plus souvent ce réacteur de garde peut être court-circuité par l'utilisation notamment d'une vanne d'isolement. On obtient ainsi une protection temporaire des réacteurs principaux contre le colmatage.
De même, il a été décrit dans les documents FR 2681871 et US 5417846, un système permettant d'associer les hautes performances du lit fixe avec un facteur opératoire élevé pour le traitement de charges à teneurs élevées en métaux qui consiste en un procédé d'hydrotraitement en au moins deux étapes d'une fraction lourde d'hydrocarbures contenant des asphaltènes, des impuretés soufrées et des impuretés métalliques dans lequel au cours de la première étape dite d'HDM on fait passer la charge d'hydrocarbures et d'hydrogène sur un catalyseur d'HDM, puis on fait passer l'effluent de la première étape sur un catalyseur d'HDT. La section d'HDM comprend une ou plusieurs zones d'HDM en lits fixes précédées d'au moins deux zones de garde d'HDM, appelées aussi « réacteurs permutables >>, également en lits fixes, disposées en série pour être utilisées de façon cyclique consistant en la répétition successive des étapes b) et c) définies ci-après :
a) une étape, dans laquelle les zones de garde sont utilisées toutes ensembles pendant une durée au plus égale au temps de désactivation et/ou de colmatage de l'une d'entre elles,
b) une étape, durant laquelle la zone de garde désactivée et/ou colmatée est court-circuitée et le catalyseur qu'elle contient est régénéré et/ou remplacé par du catalyseur frais et durant laquelle la ou les autres zone(s) de garde sont utilisée(s),
c) une étape, durant laquelle les zones de garde sont utilisées toutes ensembles, la zone de garde dont le catalyseur a été régénéré au cours de l'étape précédente étant reconnectée et ladite étape étant poursuivie pendant une durée au plus égale au temps de désactivation et/ou de colmatage de l'une des zones de garde.
On connaît également par l'intermédiaire du document US 8632673 un procédé de traitement de charges pétrolières lourdes mettant en jeu un système qui comprend une section d'hydrodémétallation et une section hydrodésulfuration en aval, qui sont toutes deux construites de façon permutable de façon à optimiser les durées de cycles de fonctionnement du procédé de traitement.
Un but de la présente invention est de proposer un procédé alternatif de traitement des charges lourdes d'hydrocarbures qui soit optimisé non seulement du point de vue de sa durée d'opération mais également en termes de dépenses d'exploitation.
Résumé de l’invention
La présente invention se rapporte donc à un procédé de traitement d'une charge d'hydrocarbures contenant des asphaltènes, des sédiments, des impuretés soufrées, azotées et métalliques dans lequel la charge traverse une section de filtration puis une section catalytique située en aval de la section de filtration, la section de filtration incluant au moins deux unités de filtration en lit fixe disposées en série, fonctionnant de manière permutable et la section catalytique incluant au moins un réacteur catalytique en lit fixe, étant entendu que le volume total des lits fixes de filtration est compris entre 1% et 50% du volume total de catalyseur de la section catalytique, le procédé comprenant une pluralité de cycles, chaque cycle comprenant au moins les étapes suivantes :
• une étape a) durant laquelle on utilise les unités de filtration et les réacteurs catalytiques tous ensemble en série pendant une durée au plus égale au temps de colmatage de l'unité de filtration la plus en amont par rapport au sens de circulation de la charge;
• une étape b) durant laquelle on court-circuite l'unité de filtration la plus en amont de la section de filtration, on soutire le lit de filtration colmaté de ladite unité tandis que la ou les autres unités de filtration sont utilisées de telle sorte que la charge soit introduite dans l'unité de filtration située immédiatement après l'unité court-circuitée;
• une étape c) durant laquelle on remplace le lit de filtration colmaté par du catalyseur au moins partiellement désactivé issu du réacteur catalytique de ladite section catalytique qui a été éventuellement stocké au préalable;
• une étape d) durant laquelle on reconnecte l'unité de filtration court-circuitée de sorte qu'elle soit située la plus en aval de la section de filtration;
• une étape e) durant laquelle on arrête le réacteur catalytique et on soutire au moins une partie du catalyseur partiellement désactivé du lit catalytique;
• une étape f) durant laquelle le réacteur catalytique arrêté est rempli avec du catalyseur frais;
• une étape g) durant laquelle on reconnecte le réacteur catalytique contenant du catalyseur frais.
Le procédé selon l'invention met ainsi en oeuvre une section de filtration utilisant au moins deux unités de filtration en lit fixe qui sont agencés en série et opérées de manière permutable, c'est-à-dire que l'unité de filtration la plus en amont (par rapport au sens de circulation de la charge) chargée en impuretés est court-circuitée de la section de filtration le temps du déchargement et du remplacement du lit encrassé tandis que l'unité de filtration situé juste en aval continue à être utilisée. L'unité court-circuitée dont le lit de filtration a été rechargé est ensuite reconnectée de sorte à être située la plus en aval de la section de filtration. Le procédé selon l'invention se caractérise également par le fait, qu'en marche normale du système, le lit de filtration encrassé est remplacé par du catalyseur partiellement ou totalement désactivé (non régénéré) provenant de la section catalytique. Ainsi le catalyseur partiellement ou totalement désactivé est avantageusement réutilisé comme média filtrant pour capter les impuretés colmatantes contenues dans la charge lourde d'hydrocarbures d'où un gain non négligeable en termes de coûts d'exploitation. En outre lorsque le catalyseur recyclé à la section de filtration présente encore une activité catalytique, cette dernière peut être avantageusement exploitée dans la section de filtration, en présence d'hydrogène, pour prétraiter catalytiquement la charge avant la section catalytique à proprement dite.
Dans le cadre de l'invention, l'unité de filtration la plus en amont dans le sens global de circulation de la charge se charge progressivement en métaux, coke, sédiments et autres impuretés diverses et est généralement déconnectée lorsque que la perte de charge atteint une valeur seuil. Par exemple l'unité de filtration est arrêtée lorsque la perte de charge mesurée dans ladite unité est comprise entre 0,5 et 1 MPa, de préférence comprise entre 0,5 et 0,8 MPa.
Selon un mode de réalisation préféré, la section catalytique en aval de la section de filtration comprend au moins deux réacteurs catalytiques agencés en série et fonctionnant de manière permutable. Le procédé se caractérise par le fait que :
• à l'étape e), on arrête et on court-circuite le réacteur catalytique le plus en amont par rapport au sens de circulation de la charge, on soutire au moins une partie du catalyseur partiellement désactivé du lit catalytique tandis que le ou les autres réacteurs catalytiques sont utilisés de telle sorte que la charge issue de la section de filtration soit introduite dans le réacteur catalytique situé immédiatement après le réacteur catalytique court-circuité et • à l'étape g), on reconnecte le réacteur catalytique contenant du catalyseur frais de sorte qu'il soit situé le plus en aval de la section catalytique.
La combinaison en série de ces deux sections fonctionnant de manière permutable fournit un système de traitement en continu de la charge, qui ne nécessite pas d'arrêt dudit système en vue du remplacement des lits de filtration encrassés et des lits catalytiques désactivés.
Selon un mode de réalisation, les étapes b) et e) sont réalisées de manière concomitante. Par exemple une partie du catalyseur partiellement désactivé récupéré selon l'étape e) est alors directement transférée selon l'étape c) dans l'unité de filtration court-circuitée.
Selon un mode de réalisation, au moins une partie du catalyseur au moins partiellement désactivé récupéré à l'étape e) est stockée en vue de l'étape c) d'un cycle de fonctionnement suivant.
Selon l'invention, par cycle, les étapes b), c) et d) peuvent être répétées à une fréquence plus élevée que celle des étapes e), f) et g).
Selon l'invention, le volume total des lits de filtration de la section de filtration est de préférence compris entre 1 et 20% du volume total de catalyseur de la section catalytique, de manière plus préférée comprise entre 2 et 15% du volume total de catalyseur de la section catalytique.
Pour une gestion plus aisée de la section de filtration, chacun des lits fixes de filtration a sensiblement le même volume.
Selon l'invention, les lits fixes de filtration comprennent un mélange incluant des éléments de filtration et du catalyseur partiellement désactivé.
La section de filtration est généralement opérée avec une vitesse volumique horaire comprise entre 0,1 et 0,5 h1. Dans un mode de réalisation préféré, la section de filtration est opérée en présence d'hydrogène afin de prétraiter la charge dans l'unité de filtration.
Selon l'invention, la section catalytique comprend au moins un réacteur d'hydrodémétallation. Et de préférence, la section catalytique comprend en outre au moins un réacteur d'hydrodésulfuration disposé en aval du réacteur d'hydrodémétallation.
Description détaillée de l'invention
Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après:
• la figure 1 représente un premier schéma du procédé selon l'invention;
• la figure 2 est un autre schéma du procédé selon l'invention dans lequel la section catalytique comprend au moins deux réacteurs permutables;
• la figure 3 est un schéma de principe d'un procédé non-conforme à l'invention;
• la figure 4 montre l'évolution de la perte de charge mesurée pour les réacteurs catalytiques permutables dans le procédé de la figure 3;
• la figure 5 montre l'évolution de la perte de charge mesurée pour les réacteurs permutables dans le procédé selon l'invention;
• la figure 6 montre l'évolution de la perte de charge mesurée pour les unités de filtration permutables F1, F2 dans le procédé selon l'invention.
Le procédé de traitement selon l'invention est particulièrement adapté pour traiter des charges lourdes d'hydrocarbures choisies parmi les résidus atmosphériques, les résidus sous vide issus de distillation directe, des pétroles bruts, des pétroles bruts étêtés, les huiles désasphaltées, les résidus issus des procédés de conversion tels que par exemple ceux provenant du coking, d'une hydroconversion en lit fixe, en lit bouillonnant, ou encore en lit mobile, les huiles lourdes de toute origine et en particulier issues de sables ou schistes bitumineux, pris seuls ou en mélange. Ces charges peuvent avantageusement être utilisées telles quelles ou encore diluées par une fraction hydrocarbonée ou un mélange de fractions hydrocarbonées pouvant être choisies parmi les produits issus d’un procédé de craquage catalytique en lit fluide (FCC selon les initiales de la dénomination anglo-saxonne de « Fluid Catalytic Cracking >>), une huile de coupe légère (LCO selon les initiales de la dénomination anglo-saxonne de « Light Cycle Oil >>), une huile de coupe lourde (HCO selon les initiales de la dénomination anglo-saxonne de « Heavy Cycle Oil >>), une huile décantée (DO selon les initiales de la dénomination anglo-saxonne de « Decanted Oil >>), un résidu de FCC, ou pouvant venir de la distillation, les fractions gazoles notamment celles obtenues par distillation sous vide dénommée selon la terminologie anglo-saxonne VGO (« Vacuum Gas Oil >>). Les charges lourdes peuvent aussi avantageusement comprendre des coupes issues du procédé de liquéfaction du charbon, des extraits aromatiques, ou toutes autres coupes hydrocarbonées ou encore des charges non pétrolières telles que des dérivés gazeux et/ou liquides (ne contenant pas ou peu de solides) de la conversion thermique (avec ou sans catalyseur et avec ou sans hydrogène) du charbon, de la biomasse ou des déchets industriels comme par exemple les polymères recyclés.
Lesdites charges lourdes présentent généralement plus de 1% en poids de molécules ayant un point d'ébullition supérieur à 500°C, une teneuren métaux nickel + vanadium supérieure à 1 ppm poids, voire supérieure à 20 ppm poids, une teneur en asphaltènes, précipité dans l’heptane, supérieure à 0,05% en poids, voire supérieure à 1% en poids.
La figure 1 représente un schéma du procédé selon une première forme de réalisation. Le procédé met en oeuvre un une section de filtration A et une section catalytique B disposée en aval de la section de filtration A. Dans l'exemple de la figure 1, la section de filtration A, qui joue le rôle de section de garde, comprend deux unités de filtration 1 et 2 disposées en série et connectées entre-elles pas des lignes munies de vannes V1 à V6. Chacune des unités de filtration comporte un lit de filtration F1 et F2 respectivement. La section catalytique B, dans l'exemple de la figure 1, comprend deux réacteurs 3 et 4 à lit catalytique fixe, agencées en série. Par exemple le réacteur 3 est un réacteur d'hydrodémétallation contenant un lit catalytique R1 et le réacteur 4 est un réacteur d'hydrodésulfuration contenant un catalytique R2.
Selon l'invention, le volume total des lits de filtration est compris entre 1% et 50% du volume total de catalyseur de la section catalytique B. Dans un mode de réalisation préféré, le volume de chacun des lits de filtration d'une section de filtration A est sensiblement égal.
Il est bien entendu possible d'avoir plus de deux réacteurs pour la section catalytique B.
Le procédé selon l'invention comporte pour le fonctionnement de la section de filtration A une répétition d'une séquence incluant les étapes suivantes:
• une première étape au cours de laquelle la charge d'hydrocarbures traverse successivement toutes les unités de filtration;
• une deuxième étape au cours de laquelle la charge traverse successivement toutes les unités de filtration sauf l'unité de filtration la plus en amont qui est court-circuitée pour remplacement du lit de filtration;
• une troisième étape au cours de laquelle l'unité de filtration court-circuitée dont le lit de filtration a été remplacé est reconnectée à la section de filtration de manière à se trouver dans la position la plus en aval par rapport au sens de circulation de la charge;
• une quatrième étape au cours de laquelle la charge traverse de nouveau successivement toutes les unités de filtration (équivalente à la première étape).
Au cours de la première étape la charge est introduite, par la ligne 5 et la ligne 6 qui comporte une vanne V1 ouverte vers la ligne 8, dans l'unité de filtration 1 renfermant un lit fixe F1 de filtration. Durant cette période les vannes V2, V3 et V5 sont fermées. L'effluent de l'unité de filtration 1 est envoyé par la conduite 10, la conduite 11 comportant une vanne V4 ouverte et la conduite 9 dans l'unité de filtration 2 renfermant un lit fixe F2 de filtration. L'effluent de la seconde unité de filtration 2 est envoyé par les conduites 14 et 15 comportant une vanne V6 ouverte et la conduite 17 à la section catalytique B du procédé. Au cours de cette étape, le lit de filtration F1 de l'unité de filtration 1 (la plus en amont par rapport au sens global de circulation de la charge d'hydrocarbures) se colmate plus vite à cause des asphaltènes et autres impuretés contenus dans la charge, ce qui se traduit par une augmentation de perte de charge dans le lit de filtration.
Lorsque la perte de charge atteint une valeur seuil définie par l'exploitant, par exemple lorsqu'elle est comprise entre 0,5 et 1 MPa, il s'en suit la mise en application d'une seconde étape dans laquelle les vannes V1, V3, V4 et V5 sont fermées et la charge d'hydrocarbures est introduite par la ligne 5 et la ligne 7 comportant une vanne V2 ouverte vers la ligne 9 dans la seconde unité de filtration 2. Ainsi l'unité de filtration 1 la plus en amont est courtcircuitée de la section de filtration A. Durant cette période la charge d'hydrocarbures est envoyée dans l'unité de filtration située juste en aval de l'unité court-circuitée, c'est-à-dire dans l'exemple de la figure 1 dans l'unité de filtration 2, et l'effluent issu de la seconde unité de filtration 2 est envoyé par les conduites 14 et 15 comportant une vanne V6 ouverte et la conduite 17 vers la section catalytique B.
On procède alors à une troisième étape qui consiste à évacuer hors de l'unité de filtration court-circuitée le lit de filtration F1 chargé en éléments colmatants et à le remplacer par un nouveau lit de filtration dont les détails sont donnés plus loin.
Une fois le lit de filtration remplacé dans l'unité de filtration court-circuitée, on opère une quatrième étape sur la section de filtration A qui consiste à reconnecter cette unité de filtration de sorte qu'elle soit située la plus en aval de la section de filtration A par rapport au sens de circulation de la charge. Ensuite on fait circuler la charge dans l'ensemble des unités de filtration de la section de filtration A. Dans le cas de la figure 1, l'unité de filtration 1 dont le lit a été remplacé voit donc la charge après que cette dernière ait traversé l'unité de filtration 2. Au cours de cette étape les vannes V1, V4 et V6 sont fermées et les vannes V2, V5 et V3 sont ouvertes. La charge est introduite par la ligne 5 et les lignes 7 et 9 dans l'unité de filtration 2. L'effluent soutiré de l'unité de filtration 2 est envoyé par la conduite 14, la conduite 13 comportant la vanne V5 ouverte et la conduite 8 dans l'unité de filtration 1. L'effluent de l'unité de filtration 1 est envoyé par les conduites 10 et 12 comportant une vanne V3 ouverte et la conduite 17 à la section catalytique B.
Le cycle recommence ensuite de nouveau avec toujours un court-circuitage de l'unité de filtration située la plus en amont par rapport au sens de circulation de la charge d'hydrocarbures. Les opérations sur les vannes de la section de filtration permettant le fonctionnement des unités de filtration permutables sont reportées au tableau 1.
Séquences pour la section Intervention V1 V2 V3 V4 V5 V6
de filtration
1 Unité 1 + Unité 2 - 0* p** F 0 F 0
2 Unité 2 fonctionne seule Court-circuitage de l'unité 1 et remplacement du lit de filtration F 0 F F F 0
3 Reconnexion de l'unité 1 en position aval F 0 0 F 0 F
4=1 Unité 2 + Unité 1 - F 0 0 F 0 F
2 Unité 1 fonctionne seule Court-circuitage de l'unité 2 et remplacement du lit de filtration 0 F 0 F F F
* Ο = ouvert, **F = fermé
Tableau 1 : Opérations sur les vannes de la section de filtration A
Le procédé selon l'invention comprend en outre une étape qui consiste à traiter l'effluent issu de la section de filtration A dans une section catalytique B. Comme indiqué sur la figure 1, la section catalytique comprend deux réacteurs 3 et 4 disposés en série. L'effluent extrait du réacteur 3 est envoyé par la ligne 30 dans le réacteur 4 duquel on soutire par la ligne 31 un effluent raffiné. Dans le cadre de l'invention, la section catalytique B peut bien entendu comprendre plus de deux réacteurs catalytiques en série.
Au cours du fonctionnement du procédé, les catalyseurs des réacteurs de la section catalytique B se désactivent, diminuant progressivement le rendement de conversion. Selon l'invention, par exemple lorsque la perte de charge dans l'unité de filtration située la plus en amont par rapport au sens de circulation de la charge d'hydrocarbures est atteinte ou parce que le rendement de conversion de la section catalytique est trop faible, on procède alors à l'arrêt de l'installation qui permet les opérations suivantes:
i. soutirage du lit de filtration colmaté et son remplacement;
ii. soutirage d'une partie du catalyseur désactivé ou partiellement désactivé de la section catalytique et son remplacement par du catalyseur frais ou régénéré.
Selon l'invention, le remplacement du lit de filtration colmaté de l'unité de filtration courtcircuitée est réalisé avec du catalyseur désactivé (non régénéré) qui provient d'un des réacteurs de la section catalytique B.
Le remplacement du lit de filtration de l'unité court-circuitée peut se faire de façon concomitante à l'arrêt du réacteur catalytique. Selon ce premier mode de fonctionnement, on ne soutire qu'une partie du volume de catalyseur partiellement désactivé du réacteur catalytique qui correspond sensiblement au volume du lit de filtration à remplacer et qui est directement renvoyée dans l'unité de filtration court-circuité.
Alternativement, on soutire un volume de catalyseur partiellement désactivé qui est supérieur à celui du volume du lit de filtration à remplacer ou la totalité du volume de catalyseur partiellement désactivé et on recycle directement dans l'unité de filtration court-circuité le volume nécessaire tandis que la partie complémentaire du catalyseur partiellement désactivé non recyclée est stockée en vue d'une utilisation ultérieure. Lorsque l'on dispose d'un stockage de catalyseur désactivé, il est alors possible d'effectuer par la suite le courtcircuitage et le remplacement du lit de filtration de l'unité de filtration de manière décalée dans le temps par rapport au moment de l'arrêt du réacteur catalytique.
Selon l'invention, lorsque le volume de catalyseur au moins partiellement désactivé stocké est suffisant, pour un cycle, le remplacement du lit de filtration peut se fait à une fréquence plus élevée que celle du remplacement du lit catalytique de la section catalytique.
La figure 2 montre un autre schéma du procédé selon l'invention qui se distingue de celui de la figure 1 par le fait que la section catalytique B comprend au moins deux réacteurs catalytiques disposés en série et susceptible de fonctionner de manière permutable à l'image de la section de filtration. Il est à noter que la section catalytique B peut comprendre en aval des réacteurs catalytiques permutables un ou plusieurs réacteurs en série en lit catalytique fixe.
Le principe de fonctionnement de la section de filtration A est par ailleurs semblable à celui décrit en référence à la figure 1.
Comme indiqué sur la figure 2, la section catalytique B comporte deux réacteurs catalytiques R1A et R1B agencés en série et connectés entre eux par des lignes munies de vannes V7 à V12. Par ailleurs les lits catalytiques Ra et Rb comprennent le même type de catalyseur, c'est-à-dire de formulation identique et réalisant la même réaction catalytique. Par exemple les lits catalytiques Ra et Rb des réacteurs R1A et R1B qui sont placés immédiatement en aval de la section de filtration contiennent des catalyseurs d'hydrodémétallation. Il est bien entendu possible d'associer d'autres réacteurs catalytiques en amont ou aval des réacteurs catalytiques permutables R1A et R1B. La section catalytique permutable peut également comprendre plus de deux réacteurs en série.
Dans ce mode de réalisation, les réacteurs catalytiques permutables R1A et R1B sont opérés de manière cyclique en répétant les étapes suivantes:
• une première étape au cours de laquelle l'effluent issu de la section de filtration traverse successivement tous les réacteurs catalytiques;
• une deuxième étape au cours de laquelle le réacteur catalytique la plus en amont est arrêté et court-circuitée pour remplacement du lit catalytique désactivé tandis que la charge traverse successivement le ou les autres réacteurs catalytiques de la section permutable;
• une troisième étape au cours de laquelle le réacteur catalytique court-circuitée dont le lit a été remplacé est reconnectée à la section catalytique de manière à se trouver dans la position la plus en aval par rapport au sens de circulation de la charge;
• une quatrième étape au cours de laquelle l'effluent issu de la section de filtration traverse de nouveau successivement tous les réacteurs catalytiques (équivalente à la première étape).
Le principe de fonctionnement de la section catalytique est décrit en référence à la figure 2 dans laquelle ladite section catalytique B comprend deux réacteurs catalytiques R1A et R1B. Conformément à la première étape, l'effluent issu de la section de filtration A est introduite par la ligne 17 et la ligne 18 comportant une vanne V8 ouverte vers la ligne 20 dans le réacteur catalytique R1A renfermant un lit catalytique fixe Ra. Durant cette période les vannes V7, V9 et V11 sont fermées. L'effluent du réacteur catalytique R1A est envoyé par la conduite 21, la conduite 23 comportant une vanne V10 ouverte et la conduite 24 dans le réacteur catalytique R1B contenant un lit catalytique fixe Rb. L'effluent du réacteur catalytique R1B est évacué de la section catalytique permutable par les conduites 25 et 27 comportant une vanne V12 ouverte et la conduite 28. Au cours de cette étape, le lit catalytique Ra du réacteur catalytique R1A, le plus en amont de la section catalytique permutable, se désactive plus vite notamment en raison du dépôt de métaux et de coke à la surface du catalyseur.
On procède à une seconde étape sur la section catalytique permutable qui consiste à arrêter et court-circuiter le réacteur catalytique le plus en amont par rapport au sens global de circulation de la charge d'hydrocarbures et à faire circuler l'effluent issu de la section de filtration A à travers uniquement le réacteur catalytique non déconnecté (ici le réacteur catalytique R1 B) ou à travers les autres réacteurs catalytiques situés en aval du réacteur catalytique court-circuitée (lorsque la section catalytique permutable comprend plus de deux réacteurs en série). A cette fin, les vannes V8, V9, V10 et V11 sont fermées et la charge d'hydrocarbures est introduite par la ligne 19 comportant une vanne V7 ouverte vers la ligne 24 dans le réacteur catalytique R1 B.
On procède également à une troisième étape qui consiste à évacuer hors du réacteur catalytique R1A arrêté et court-circuité au moins une partie du lit catalytique Ra au moins partiellement désactivé et à le remplacer par du catalyseur frais ou régénéré.
Après remplacement par du catalyseur frais ou régénéré, on opère une quatrième étape sur la section catalytique permutable qui consiste à reconnecter le réacteur court-circuitée R1A de sorte qu'il soit situé le plus en aval de la section catalytique permutable par rapport au sens de circulation de la charge et ensuite on fait circuler la charge à travers l'ensemble des réacteurs catalytiques de la section catalytique B. Dans le cas de la figure 2, l'effluent issu de la section de filtration A est introduit par les lignes 19 et 24 dans le réacteur catalytique R1 B. L'effluent du réacteur catalytique R1B alimente ensuite le réacteur catalytique R1A dont le lit a été remplacé. Au cours de cette étape les vannes V8, V12 et V10 sont fermées et les vannes V7, V11 et V9 sont ouvertes. L'effluent du réacteur catalytique R1A est soutiré de la section catalytique B via les lignes 21,22 et 28.
Le cycle de fonctionnement de la section catalytique recommence ensuite de nouveau avec toujours un court-circuitage du réacteur catalytique situé le plus en amont par rapport au sens de circulation de la charge d'hydrocarbures.
Selon l'invention, le lit de filtration de l'unité de filtration court-circuité est remplacé par du catalyseur au moins partiellement désactivé provenant d'un des réacteurs de la section catalytique B qui a été court-circuité.
Selon un premier mode de fonctionnement du procédé selon l'invention, en marche normale du procédé, le court-circuitage et le remplacement du lit de filtration de l'unité de filtration la plus en amont par rapport au sens global de circulation de la charge (étapes b) et c)) se fait de façon concomitante à l'arrêt, au court-circuitage et au remplacement du lit catalytique du réacteur catalytique le plus en amont par rapport au sens global de circulation de la charge de la section catalytique (étapes e) et f)). Selon ce premier mode de fonctionnement, par exemple on ne soutire qu'une partie du volume de catalyseur au moins partiellement désactivé du réacteur catalytique court-circuité, qui correspond sensiblement au volume du lit de filtration à remplacer. Le catalyseur au moins partiellement désactivé est directement envoyée dans l'unité de filtration court-circuité. Alternativement, on soutire un volume de catalyseur partiellement désactivé qui est supérieur à celui du volume du lit de filtration à remplacer ou la totalité du volume de catalyseur partiellement désactivé et on recycle directement dans l'unité de filtration court-circuité le volume nécessaire tandis que la partie complémentaire du catalyseur partiellement désactivé non recyclée est stockée en vue d'une utilisation ultérieure dans la section de filtration.
Selon un deuxième mode de fonctionnement du procédé selon l'invention, le court-circuitage et le remplacement du lit de filtration de l'unité de filtration la plus en amont de la section de filtration (étapes b) et c)) se fait de manière décalée dans le temps par rapport à l'arrêt, au court-circuitage et au remplacement du lit catalytique du réacteur le plus en amont de la section catalytique (étapes e) et f)). Dans ce deuxième mode de fonctionnement, on peut par exemple soutirer et stocker un volume de catalyseur partiellement désactivé qui est sensiblement égal au volume du lit de filtration à remplacer ultérieurement. Alternativement on soutire un volume de catalyseur partiellement désactivé qui est supérieur à celui du volume du lit de filtration à remplacer ultérieurement ou la totalité du volume de catalyseur partiellement désactivé et on stocke ledit volume en vue d'un remplacement ultérieur d'un lit de filtration.
Un mode particulier de fonctionnement du procédé selon la figure 2 est détaillé ci-dessous. Les principales étapes sont regroupées dans le tableau 2 ci-dessous et en référence aux éléments de la figure 2.
Section de filtration Intervention au niveau de la Section de filtration Section catalytique permutable Intervention au niveau de la Section catalytique Etape du procédé selon l'invention
Démarrage 1 +2 R1A + R1B
2 seul Arrêt et court-circuitage de 1 et remplacement avec du catalyseur désactivé déjà disponible R1A + R1B
2 Reconnexion de 1 en aval R1A + R1B
2 + 1 R1A + R1B
1 seul Court-circuitage de 2 R1B seul Arrêt et court-circuitage de R1A, soutirage et stockage du catalyseur partiellement désactivé
1 seul Remplacement du lit de filtration de 2 avec du catalyseur désactivé déjà disponible et reconnexion de 2 en aval R1B seul Remplacement du lit catalytique de R1A avec du catalyseur frais ou régénéré puis reconnexion du réacteur R1A en aval
Cycle 1 1 +2 R1B + R1A a)
2 seul Arrêt et court-circuitage de 1 et remplacement avec du catalyseur désactivé du réacteur R1A préalablement stocké R1B + R1A b) et c)
2 seul Reconnexion de 1 en aval R1B + R1A d)
2 + 1 R1B + R1A
2 + 1 R1A seul Arrêt et court-circuitage de R1 B, soutirage et stockage du catalyseur partiellement désactivé de R1B e)
2 + 1 R1A seul Remplacement du lit catalytique de R1B avec du catalyseur frais ou régénéré puis reconnexion de R1B en aval f) et g)
Cycle 2 2 + 1 R1A + R1B a)
Tableau 2 : Exemple de mode de fonctionnement cyclique du procédé selon l'invention
Le procédé débute par une phase transitoire dite de démarrage qui va permettre de générer un volume de catalyseur au moins partiellement désactivé qui sera suffisant pour être réutilisé au cours des cycles suivants en marche normale du procédé.
Comme indiqué sur le tableau, le procédé démarre en opérant les unités de filtration 1 et 2 et les réacteurs catalytiques R1A et R1B tous ensemble jusqu'au moment du colmatage (par exemple atteinte d'une perte de charge limite) du lit de filtration de l'unité de filtration 1 la plus en amont. L'unité 1 la plus en amont est alors court-circuitée tandis que la charge d'hydrocarbures est traitée dans l'unité de filtration 2 en aval de l'unité court-circuitée 1 puis dans la section catalytique permutable qui continue à opérer les réacteurs catalytiques R1A et R1 B. On procède par ailleurs au remplacement du lit de filtration avec soit du catalyseur partiellement désactivé disponible, par exemple issu d'un cycle de fonctionnement antérieur au démarrage, soit avec un média filtrant frais. Après remplacement du lit de filtration de l'unité court-circuitée 1, cette dernière est reconnectée à la section de filtration de manière à être située la plus en aval de la section de filtration par rapport au sens de circulation de la charge, dans le cas présent en aval de l'unité 2.
De nouveau toutes les unités de filtration et tous le réacteurs catalytiques sont mis en oeuvre ensemble pendant un temps correspondant au colmatage du lit de filtration de l'unité 2. On procède alors au court-circuitage de l'unité 2 et du réacteur catalytique R1A dont les lits sont remplacés respectivement par soit du catalyseur partiellement désactivé disponible soit avec un média filtrant frais et du catalyseur frais. Quant au catalyseur au moins partiellement désactivé récupéré du réacteur R1A, il est stocké en vue de son utilisation dans le cycle suivant.
Il est à noter que pendant la phase de court-circuitage de l'unité 2 et du réacteur R1A, l'unité de filtration 1 et le réacteur catalytique R1B continuent à traiter la charge.
Une fois les lits de filtration et catalytique remplacés, l'unité de filtration 2 et le réacteur R1A sont ensuite reconnectés respectivement en aval de l'unité de filtration 1 et du réacteur catalytique 2 de sorte que puisse démarrer le procédé selon l'invention consistant en la répétition successive des étapes a) à g), à savoir :
• une étape a) durant laquelle on utilise les unités de filtration 1 et 2 et les réacteurs catalytiques R1B et R1A tous ensemble en série pendant une durée au plus égale au temps de colmatage de l'unité de filtration 1 la plus en amont par rapport au sens de circulation de la charge;
• une étape b) durant laquelle on court-circuite l'unité de filtration 1 la plus en amont de la section de filtration, on soutire le lit de filtration colmaté de ladite unité de filtration 1 tandis que la charge soit introduite dans l'unité de filtration 2 qui est située immédiatement après l'unité 1 court-circuitée;
• une étape c) durant laquelle on remplace le lit de filtration colmaté de l'unité 1 par du catalyseur au moins partiellement désactivé qui a été stocké et provenant du réacteur catalytique R1A ou R1B (court-circuité auparavant);
• une étape d) durant laquelle on reconnecte l'unité de filtration 1 court-circuitée de sorte qu'elle soit située la plus en aval de la section de filtration, dans le cas présent en aval de l'unité de filtration 2;
• une étape e) durant laquelle on court-circuite le réacteur catalytique R1B le plus en amont par rapport au sens de circulation de la charge, on soutire au moins une partie du catalyseur partiellement désactivé du lit catalytique tandis que le réacteur catalytique R1A est utilisé seul;
• une étape f) durant laquelle le réacteur catalytique court-circuité R1B est rempli avec du catalyseur frais;
· une étape g) durant laquelle on reconnecte le réacteur catalytique R1B contenant du catalyseur frais de sorte qu'il soit situé le plus en aval de la section catalytique, dans le cas présent en aval du réacteur R1A.
Après l'étape g), une séquence d'étapes a) à g) redémarre.
Selon l'invention, le procédé peut être opéré de telle manière que le volume de catalyseur au moins partiellement désactivé soutiré d'un seul réacteur puisse être utilisé pour remplacer le volume des deux unités de filtration. Dans ce mode de réalisation et lorsque le volume de catalyseur au moins partiellement désactivé stocké est suffisant, par cycle, le remplacement du lit de filtration peut se fait à une fréquence plus élevée que celle du remplacement du lit catalytique de la section catalytique.
Le tableau 3 qui ne reprend pas la phase de démarrage déjà évoquée ci-dessus, donne un exemple de ce type de fonctionnement et dans lequel, par cycle, la fréquence de remplacement du lit de filtration est le double de celle du remplacement du lit catalytique de la section catalytique.
Section de filtration Intervention au niveau de la Section de filtration Section catalytique Intervention au niveau de la Section catalytique Etape du procédé selon l'invention
Cycle 1 1 +2 R1B + R1A a)
2 seul Court-circuitage de 1 et remplacement avec catalyseur désactivé de R1A préalablement stocké R1B + R1A b) et c)
2 seul Reconnexion de 1 en aval R1B + R1A d)
2 + 1 R1B + R1A a)
1 seul Court-circuitage de 2 et remplacement avec catalyseur désactivé de R1A préalablement stocké R1B + R1A b) et c)
1 seul Reconnexion de 2 en aval R1B + R1A d)
1 +2 R1B + R1A a)
1 +2 R1A seul Arrêt et court-circuitage de R1 B, soutirage et stockage du catalyseur partiellement désactivé de R1B e)
1 +2 R1A seul Remplacement du lit catalytique de R1B avec du catalyseur frais ou régénéré puis reconnexion de R1B en aval f) et g)
Cycle 2 1 +2 R1A + R1B
Tableau 3 : Exemple de mode de fonctionnement du procédé selon l'invention.
L'homme du métier peut aisément modifier la fréquence de remplacement des lits de filtration en fonction du volume du lit catalytique de la section permutable.
Selon une alternative, on peut opérer le procédé de sorte que les étapes de court-circuitage de l'unité de filtration et du réacteur les plus amont par rapport au sens de circulation de la charge aient lieu en même temps, comme décrit dans le tableau 4 ci-après qui ne reprend pas la phase de démarrage déjà mentionnée ci-dessus :
Section de filtration Intervention au niveau de la Section de filtration Section catalytique Intervention au niveau de la Section catalytique Etape du procédé selon l'invention
Cycle 1 1 +2 R1B + R1A a)
2 seul Arrêt et court-circuitage 1 et remplacement avec du catalyseur désactivé de R1A préalablement stocké R1A seul Arrêt et court-circuitage de R1 B, soutirage et stockage du catalyseur partiellement désactivé de R1B b), c), e)
2 seul R1A seul
2 seul Reconnexion de 1 en aval R1A seul Remplacement du lit catalytique de R1B avec du catalyseur frais ou régénéré puis reconnexion de R1B en aval d), f) et g)
Cycle 2 2 + 1 R1A + R1B a)
Tableau 4 : Exemple de mode de fonctionnement du procédé selon l'invention
On notera que dans ce mode de réalisation, les reconnexions de l'unité de filtration courtcircuitée et du réacteur catalytique court-circuité peuvent être opérées de manière concomitante ou différée.
Selon l'invention, le lit de filtration des unités de filtration peut comprendre en outre des éléments de filtration. Les éléments de filtration peuvent être de forme polygonale, cylindrique ou circulaire, par exemple en forme de roue de charrette, comme décrits dans le document US 8,062,521.
Exemple 1 (non conforme à l'invention) :
La charge est résidu atmosphérique (RA) d'origine Moyen Orient (Arabian Medium). Cette charge se caractérise par une viscosité élevée (82.5 cSt à 100°C), une densité de 985 kg/rrP, de fortes teneurs en carbone Conradson (14% en poids) et asphaltènes (6% en poids) et une quantité élevée de nickel (26 ppm en poids), vanadium (80 ppm en poids) et soufre (4% en poids).
Le procédé de traitement de la charge met en œuvre deux réacteurs permutables (R1A et R1B) relié suivi de trois réacteurs en lits fixes R2, R3 et R4 comme indiqué sur la Figure 3. Le fonctionnent du système de réacteurs permutables est décrit dans le document WO 2012/095566. Les deux réacteurs permutables R1A et R1B sont chargés avec un catalyseur d'hydrodémétallation de type CoMoNi/alumine. Les réacteurs R2, R3, R4 sont chargés avec des catalyseurs d’hydrotraitement de type CoMoNi/Alumine. Un cycle industriel se définit comme la répétition d’au moins une séquence intégrant les étapes de a) à d) du tableau 5 cidessous. La fin de cycle (arrêt complet de l’unité) pouvant intervenir à n’importe quelle étape de cette séquence.
Étape Cycle Intervention V1 V2 V3 V4 V5 V6
a R1A+ R1B - 0* 0 p·** F F 0
b R1B R1A F F 0 F F 0
c R1B+ R1A - F F 0 0 0 F
d R1A R1B 0 F F F 0 F
a R1A+ R1B - 0 0 F F F 0
* O = ouvert, **F = fermé
Tableau 5 : Opérations sur les vannes autour des réacteurs permutables de la Figure 3.
On considère que le colmatage du filtre est atteint quand la perte de charge dans l'une des unités de filtration F1, F2 atteint 0,7 MPa (7bars). On considère par ailleurs que le catalyseur dans un réacteur permutable de la section catalytique est désactivé lorsque la température moyenne dans le réacteur permutable atteint 415°C et/ou lorsque l'écart de température sur un lit catalytique devient radialement supérieur à 5°C.
Le procédé s'effectue sous une pression partielle d’hydrogène de 15 MPa en entrée de la section catalytique, une température moyenne sur au moins un réacteur d’hydrotraitement non permutables en début de cycle de 360°C et en fn de cycle de 415°C environ, et une WH globale de 0,27 h1 (la WH d’un réacteur permutable étant dans ce cas de 1,4 h1).
Ce système catalytique permet une hydrodésulfuration d’environ 86%.
Sur la figure 4, en abscisse figure le temps de fonctionnement (en jours) des réacteurs permutables et en ordonné figure la perte de charge mesurée pour les réacteurs permutables. Ainsi, selon la figure 4, la courbe du réacteur R1A montre au début du cycle une augmentation de la perte de charge jusqu'à sa valeur maximalement tolérable (ΔΡ = 0,7 MPa ou 7 bars) à partir de laquelle il faut procéder au remplacement du catalyseur. Le temps de fonctionnement du réacteur Ra est donc de 210 jours avant son arrêt. Lors de la remise en service du réacteur R1A en aval du réacteur R1B, la perte de charge dans le réacteur R1B a atteint environ 0,3 MPa (3 bars). Au cours de la phase suivante où la charge traverse le réacteur R1B puis le réacteur R1A contenant un catalyseur neuf, la perte de charge du réacteur R1B augmente jusqu'à la valeur maximale tolérable, qui est atteinte après 320 jours de fonctionnement. Dans cet exemple, au bout de 320 jours, l’ensemble de l’unité est arrêté pour remplacer les catalyseurs désactivés des réacteurs en lit fixe R2, R3 et R4 et l'on procède également au remplacement du lit catalytique du réacteur permutable R1B. Le catalyseur du lit du réacteur R1A n'est pas remplacé dans la mesure où l'activité catalytique est suffisante et que le colmatage n'est pas rédhibitoire pour le fonctionnement du procédé. En effet on peut remarquer qu'au moment de l'arrêt de l'unité, la perte de charge (ΔΡ) dans le réacteur R1A est d'environ 0,18 MPa (1,8 bar). Comme indiqué sur la figure 4, le temps de fonctionnement des réacteurs R1A et R1B est de 260 jours et de 290 jours respectivement pour le deuxième cycle.
Au total, on observe une durée de cycle de 320 jours pour le premier cycle et de 290 jours pour le deuxième cycle (hors période d’arrêt entre les deux cycles).
Exemple 2 (conforme à l'invention)
Le procédé de traitement de la même charge que dans l'exemple 1 met en oeuvre les mêmes catalyseurs et dans les mêmes conditions opératoires que lors de l'exemple 1. Le procédé selon l'exemple 2 met en oeuvre une section de filtration A comprenant deux filtres F1 et F2 permutables placés en amont de la section catalytique qui, comme indiqué sur la figure 3, comprend les réacteurs permutables R1A et R1B et trois réacteurs catalytiques R2, R3 et R4. Le volume cumulé de chaque filtre (F1 ou F2) est égal à 50% du volume de chaque réacteur permutable (R1A ou R1B). Le taux d’hydrodésulfuration est maintenu à 88 %.
Comme montré sur la figure 5, la durée de vie pour le premier réacteur permutable R1A est allongée à 260 jours et cette fin de vie est due à la désactivation catalytique et non au colmatage puisque la perte de charge de R1A après 260 jours n'atteint seulement que 0,41 MPa (4,1 bars). La désactivation du catalyseur conduit à un arrêt du réacteur R1A pour déchargement et rechargement avec du catalyseur frais. Le catalyseur présent dans le réacteur R1A est utilisé de manière optimale et son déchargement est facilité puisque le lit est moins colmaté comme l’atteste la perte de charge plus faible. Le catalyseur déchargé du réacteur R1A est stocké pour être utilisé comme média filtrant dans l'un des deux filtres F1, F2. En référence à la figure 6, au cours du premier cycle et après 190 jours de fonctionnement, le filtre F1 est déchargé puis rechargé avec du catalyseur désactivé précédemment stockés. Pendant l'arrêt de l'unité F1, le filtre F2 fonctionne seul. Après rechargement, le filtre F1 est reconnecté en aval du filtre F2 et la section de filtration est opérée avec les filtres F2 et F1.
En référence aux figures 5 et 6, le réacteur R1A est arrêté à 260 jours et la quantité adéquate de catalyseur est déchargée et sert à remplir le filtre F2 qui s’est colmaté après 280 jours. Lors de l'arrêt du filtre F2 qui s'effectue à 280 jours, le filtre F1 fonctionne seul. Après rechargement, le filtre F2 est reconnecté en aval du filtre F1 et la section de filtration est opérée avec les filtres F1 et F2.
Comme indiqué sur les figures 5 et 6, l’unité est arrêtée à 360 jours pour le remplacement du catalyseur d’un réacteur en lit fixe R2, R3 ou R4 en aval des réacteurs catalytiques permutables R1 A, R1 B. Le lit de catalyseur du réacteur R1B est également déchargé, même si le catalyseur présente encore une activité catalytique. Le catalyseur stocké issu de R1B sert alors à recharger le filtre F1 à 450 jours (Figure 6), qui profite de l’activité catalytique résiduelle du catalyseur. Suite au rechargement du filtre F1, ce dernier est reconnecté en aval du filtre F2 et la section de filtration est ensuite opérée avec les filtres F2 et F1.
A 570 jours, le filtre F2 est arrêté et rechargé avec du catalyseur stocké tandis que le filtre F1 fonctionne seul. Le filtre F2 est ensuite reconnecté en aval du filtre F1 après rechargement en catalyseur désactivé et la section de filtration fonctionne avec les filtres F1 et F2.
Le filtre F1 est rechargé au bout de 680 jours avec le catalyseur stockés provenant du R1A qui a été arrêté à 640 jours en vue du déchargement de son lit de catalyseur.
Du fait de l’allongement de la durée de vie des réacteurs R1A et R1B, les catalyseurs des réacteurs en aval sont également mieux protégés de la désactivation. On notera que la durée du premier cycle pour la section catalytique permutables (R1A, R1B) est prolongée pour atteindre 360 jours. La durée du deuxième cycle est également améliorée pour atteindre 348 jours.

Claims (14)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de traitement d'une charge d'hydrocarbures contenant des asphaltènes, des sédiments, des impuretés soufrées, azotées et métalliques dans lequel la charge traverse une section de filtration puis une section catalytique située en aval de la section de filtration, la section de filtration incluant au moins deux unités de filtration en lit fixe (1, 2) disposées en série, fonctionnant de manière permutable et la section catalytique incluant au moins un réacteur catalytique en lit fixe (3, 4), étant entendu que le volume total des lits fixes de filtration est compris entre 1% et 50% du volume total de catalyseur de la section catalytique, le procédé comprenant une pluralité de cycles, chaque cycle comprenant au moins les étapes suivantes:
    • une étape a) durant laquelle on utilise les unités de filtration (1, 2) et les réacteurs catalytiques (3, 4) tous ensemble en série pendant une durée au plus égale au temps de colmatage de l'unité de filtration la plus en amont par rapport au sens de circulation de la charge;
    • une étape b) durant laquelle on arrête et court-circuite l'unité de filtration la plus en amont de la section de filtration, on soutire le lit de filtration colmaté de ladite unité tandis que la ou les autres unités de filtration sont utilisées de telle sorte que la charge soit introduite dans l'unité de filtration située immédiatement après l'unité court-circuitée;
    • une étape c) durant laquelle on remplace le lit de filtration colmaté par du catalyseur au moins partiellement désactivé issu du réacteur catalytique de ladite section catalytique qui a été éventuellement stocké au préalable;
    • une étape d) durant laquelle on reconnecte l'unité de filtration court-circuitée de sorte qu'elle soit située la plus en aval de la section de filtration;
    • une étape e) durant laquelle on arrête le réacteur catalytique et on soutire au moins une partie du catalyseur partiellement désactivé du lit catalytique • une étape f) durant laquelle le réacteur catalytique arrêté est rempli avec du catalyseur frais;
    • une étape g) durant laquelle on reconnecte le réacteur catalytique contenant du catalyseur frais.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la section catalytique comprend au moins deux réacteurs catalytiques (R1 A, R1 B) disposés en série et fonctionnant de manière permutable et dans lequel :
    • à l'étape e), on arrête et on court-circuite le réacteur catalytique le plus en amont par rapport au sens de circulation de la charge, on soutire au moins une partie du catalyseur partiellement désactivé du lit catalytique tandis que le ou les autres réacteurs catalytiques sont utilisés de telle sorte que la charge issue de la section de filtration soit introduite dans le réacteur catalytique situé immédiatement après le réacteur catalytique court-circuité et • à l'étape g), on reconnecte le réacteur catalytique contenant du catalyseur frais de sorte qu'il soit situé le plus en aval de la section catalytique.
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les étapes b) et e) sont réalisées de manière concomitante.
  4. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel une partie du catalyseur partiellement désactivé récupéré selon l'étape e) est directement transférée selon l'étape c) dans l'unité de filtration court-circuitée.
  5. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une partie du catalyseur partiellement désactivé récupéré à l'étape e) est stockée en vue de l'étape c) d'un cycle de fonctionnement suivant.
  6. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel par cycle, les étapes b), c) et d) sont répétées à une fréquence plus élevée que celle des étapes e), f) et g).
  7. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le volume total des lits de filtration de la section de filtration est compris entre 1 et 20% du volume total de catalyseur de la section catalytique.
  8. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chacun des lits fixes de filtration a sensiblement le même volume.
  9. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel les lits fixes de filtration comprennent un mélange incluant des éléments de filtration et du catalyseur partiellement désactivé.
    5
  10. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la section de filtration est opérée avec une vitesse volumique horaire comprise entre 0,1 et 0,5 h1.
  11. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la section de filtration est opérée en présence d'hydrogène.
  12. 12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la section catalytique comprend au moins un réacteur d'hydrodémétallation.
  13. 13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel la section catalytique comprend
  14. 15 en outre au moins un réacteur d'hydrodésulfuration disposé en aval du réacteur d'hydrodémétallation.
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