FR3071847A1 - Procede de production de distillats moyens par hydrocraquage de distillats sous vide comprenant un procede d'hydrotraitement/hydroisomerisation integre au procede d'hydrocraquage - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé d'hydrocraquage de charges hydrocarbonées comprenant une étape d'hydrotraitement et d'hydroisomérisation associée de manière judicieuse audit procédé d'hydrocraquage et permettant d'améliorer la production de distillats moyens dudit procédé d'hydrocraquage et en particulier en gazole. En particulier, la charge desdites étapes d'hydrotraitement et d'hydroisomérisation est constituée d'une fraction de la charge hydrocarbonée mère non convertie dans le procédé d'hydrocraquage et en particulier de la fraction la plus légère non convertie ayant un point d'ébullition compris entre 340°C et 450°C, en mélange avec une charge de type gazole.
Description
Domaine technique
La présente invention concerne un procédé d’hydrocraquage de charges hydrocarbonées comprenant une étape d’hydrotraitement et d’hydroisomérisation associée de manière judicieuse audit procédé d’hydrocraquage et permettant d’améliorer la production de distillats moyens dudit procédé d’hydrocraquage et en particulier en gazole. En particulier, la charge desdites étapes d'hydrotraitement et d'hydroisomérisation est constituée d’une fraction de la charge hydrocarbonée mère non convertie dans le procédé d’hydrocraquage et en particulier de la fraction la plus légère non convertie ayant un point d’ébullition compris entre 340°C et 450°C, en mélange avec une charge de type gazole.
Art antérieur
L'hydrocraquage de coupes pétrolières lourdes est un procédé clé du raffinage qui permet de produire, à partir de charges lourdes excédentaires et peu valorisables, les fractions plus légères telles que essences, carburéacteurs et gazoles légers que recherche le raffineur pour adapter sa production à la demande. Certains procédés d’hydrocraquage permettent d'obtenir également un résidu fortement purifié pouvant constituer d'excellentes bases pour huiles. Un des effluents particulièrement ciblé par le procédé d’hydrocraquage est le distillât moyen (fraction qui contient la coupe gazole et la coupe kérosène), c'est-à-dire de coupes à point d'ébullition initial d'au moins 150°C et final allant jusqu'à avant le point d'ébullition initial du résidu, par exemple inférieur à 340°C, ou encore à 370°C. De préférence, le distillât moyen correspond à la coupe 150-370°C, et de manière préféré à une coupe ayant un point d’ébullition T5 > 150°C et un T95 <370°C, c’est-à-dire que 95% en volume des composés présent dans ladite coupe ont un point d'ébullition supérieur à 150°C et que 95% en volume des composés présent dans ladite coupe ont un point d’ébullition inférieur à 370°C.
L’hydrocraquage est un procédé qui tire sa flexibilité de trois éléments principaux qui sont, les conditions opératoires utilisées, les types de catalyseurs employés et le fait que l’hydrocraquage de charges hydrocarbonées peut être réalisé en une ou en deux étapes.
En effet, l’hydrocraquage est un procédé qui peut se décliner sous différentes versions qui sont pour les principales :
L’hydrocraquage en une étape, qui comporte en premier lieu et de façon générale un hydrotraitement poussé qui a pour but de réaliser une hydrodéazotation et une désulfuration poussées de la charge avant que celle-ci ne soit envoyée sur le catalyseur d’hydrocraquage proprement dit, en particulier dans le cas où celui-ci comporte une zéolithe. Cet hydrotraitement poussé de la charge n’entraîne qu’une conversion limitée de la charge, en fractions plus légères, qui reste insuffisante et doit donc être complétée sur le catalyseur d’hydrocraquage plus actif. Cependant, il est à noter qu’aucune séparation n’intervient entre les deux types de catalyseurs. La totalité de l’effluent en sortie de réacteur est injectée sur le catalyseur d’hydrocraquage proprement dit et ce n’est qu’ensuite qu’une séparation des produits formés est réalisée. Cette version de l’hydrocraquage une étape encore appelée Once Through” possède une variante qui présente un recyclage de la fraction non convertie vers le réacteur en vue d'une conversion plus poussée de la charge.
L’hydrocraquage deux étapes, comporte une première étape qui a pour objectif, comme dans le procédé une étape, de réaliser l’hydroraffinage de la charge mais aussi d’atteindre une conversion de cette dernière de l’ordre en général de 40 à 60%. L’effluent issu de la première étape subit ensuite une séparation (distillation) appelée le plus souvent séparation intermédiaire, qui a pour objectif de séparer les produits de conversion de la fraction non convertie. Dans la deuxième étape d’un procédé d’hydrocraquage 2 étapes, seule la fraction de la charge non convertie lors de la première étape, est traitée. Cette séparation permet à un procédé d’hydrocraquage deux étapes d’être plus sélectif en diesel qu’un procédé en une étape. En effet, la séparation intermédiaire des produits de conversion évite leur ”sur-craquage” en naphta et gaz dans la deuxième étape sur le catalyseur d’hydrocraquage. Par ailleurs, il est à noter que la fraction non convertie de la charge traitée dans la deuxième étape contient en général de très faibles teneurs en NH3 ainsi qu’en composés azotés organiques, en général moins de 20 ppm poids voire moins de 10 ppm poids.
De façon classique, le procédé 2 étapes peut être réalisé avec soit une séparation intermédiaire après l’hydroraffinage, dans un procédé comportant un réacteur d'hydroraffinage et un réacteur d’hydrocraquage, soit avec une séparation intermédiaire entre le premier et le deuxième réacteur d’hydrocraquage dans un procédé comportant en série les réacteurs d'hydroraffinage, 1er hydrocraquage, 2ème hydrocraquage.
En particulier, l’hydrocraquage des distillats sous vide ou DSV permet de produire des coupes légères (Gasoil, Kérosène, naphtas,...) plus valorisables que le DSV lui-même. Ce procédé catalytique ne permet pas de transformer entièrement le DSV en coupes légères. Après fractionnement, il reste donc une proportion plus ou moins importante de fraction de DSV non convertis nommée UCO ou UnConverted Oil selon la terminologie anglo-saxonne. Pour augmenter la conversion, cette fraction non convertie peut être recyclée à l’entrée du réacteur d’hydrotraitement ou à l’entrée du réacteur d’hydrocraquage dans le cas où il s’agit d’un procédé d’hydrocraquage 1 étape ou à l’entrée d’un deuxième réacteur d’hydrocraquage traitant la fraction non convertie à l’issue de l’étape de fractionnement, dans le cas où il s’agit d’un procédé d’hydrocraquage 2 étapes.
Les catalyseurs utilisés en hydrocraquage sont tous du type bifonctionnel associant une fonction acide à une fonction hydrogénante. La fonction acide est apportée par des supports de grandes surfaces (150 à 800 m^.g-l généralement) présentant une acidité importante, telles que les alumines halogénées (chlorées ou fluorées notamment), les combinaisons d'oxydes de bore et d'aluminium, les silice-alumines amorphes et les zéolithes. La fonction hydrogénante est apportée soit par un ou plusieurs métaux du groupe VIII de la classification périodique des éléments, soit par une association d'au moins un métal du groupe VIB de la classification périodique et au moins un métal du groupe VIII, mise en œuvre en présence de soufre. L'équilibre entre les deux fonctions acide et hydrogénante régit l'activité et la sélectivité du catalyseur. Toutefois, même en disposant d’un catalyseur d’hydrocraquage très sélectif, il est difficile de conjuguer activité et sélectivité, par exemple les catalyseurs à base de silice-alumine sont connus pour être plus sélectifs en distillats moyens que les zéolithes mais ils sont également beaucoup moins actifs . En outre, quel que soit le catalyseur, dès que les conversions en DSV sont élevées, un phénomène de surcraquage opère sur le catalyseur menant à une augmentation des produits orientés vers l’essence.
Les travaux de recherche effectués par le demandeur l'ont conduit à découvrir que la mise en œuvre, dans un procédé d’hydrocraquage, d’une étape d’hydrotraitement et d’hydroisomérisation d’une coupe spécifique issu de la première étape d’hydrocraquage, et en particulier d’une fraction légère de la charge mère non convertie ayant un point d’ébullition compris entre 340°C et450°C en, mélange avec une charge de type gazole, associées de manière judicieuse au procédé d’hydrocraquage deux étapes permet d’améliorer la production de distillats moyens et en particulier en gazole dudit procédé d’hydrocraquage.
Résumé de l’invention
La présente invention concerne un procédé d’hydrocraquage de charges hydrocarbonées contenant au moins 80% poids de composés bouillants au-dessus de 340°C, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes :
a) L’hydrotraitement desdites charges en présence d'hydrogène et d’au moins un catalyseur d’hydrotraitement, à une température comprise entre 200 et 450°C, sous une pression comprise entre 2 et 18 MPa, à une vitesse spatiale comprise entre 0,1 et 6 h'1 et à une quantité d’hydrogène introduite telle que le rapport volumique litre d’hydrogène/litre d’hydrocarbure soit compris entre 100 et 2000 L/L,
b) L’hydrocraquage d’au moins une partie de l’effluent issu de l’étape a), l’étape b) d’hydrocraquage opérant, en présence d'hydrogène et d’au moins un catalyseur d’hydrocraquage comprenant au moins un métal du groupe VIII choisi parmi le fer, le cobalt, le nickel, le ruthénium, le rhodium, le palladium et le platine et/ou au moins un métal du groupe VIB choisi parmi le chrome, le molybdène et le tungstène, seul ou en mélange et au moins une zéolithe choisies parmi les zéolithes USY, seule ou en combinaison avec d’autres zéolithes choisies parmi les zéolithes beta, ZSM-12, IZM-2, ZSM-22, ZSM-23, SAPO-11, ZSM-48, ZBM-30, seules ou en mélange, ladite étape b) opérant à une température comprise entre 250 et 480°C, sous une pression comprise entre 2 et 25 MPa, à une vitesse spatiale comprise entre 0,1 et 6 h'1 et à une quantité d’hydrogène introduite telle que le rapport volumique litre d’hydrogène/litre d’hydrocarbure soit compris entre 100 et 2000 L/L,
c) Le fractionnement de l’effluent issu de l'étape b) en au moins un effluent comprenant les produits hydrocarbonés convertis ayant un point d’ébullition inférieur à 370°C, en un effluent comprenant une fraction liquide légère non convertie ayant un point d’ébullition compris entre 340°C et 450°C, et en une fraction liquide lourde non convertie ayant un point d’ébullition compris entre 420°C et 560°C,
d) une étape d’hydrotraitement d’au moins une partie de ladite fraction liquide légère non convertie ayant un point d’ébullition compris entre 340°C et 450°C issu de l’étape c) en mélange avec une charge liquide hydrocarbonée comprenant au moins 95% poids de composés bouillants à une température d'ébullition comprise entre 150 et 400°C, en présence d'hydrogène et d'au moins un catalyseur d’hydrotraitement, à une température comprise entre 200 et 450°C, sous une pression comprise entre 2 et 18 MPa, à une vitesse spatiale comprise entre 0,1 et 6 h'1 et à une quantité d’hydrogène introduite telle que le rapport volumique litre d’hydrogène/litre d’hydrocarbure soit compris entre 100 et 2000 L/L,
e) une étape d’hydroisomérisation d’au moins une partie de l’effluent issu de l’étape d), en présence d'hydrogène et d’au moins un catalyseur d’hydroisomérisation comprenant au moins un métal noble ou non noble du groupe VIII choisi parmi le fer, le cobalt, le nickel, le ruthénium, le rhodium, le palladium et le platine et/ou au moins un métal du groupe VIB choisi parmi le chrome, le molybdène et le tungstène, seul ou en mélange et au moins une zéolithe choisie parmi les zéolithes Beta, ZSM-12, IZM-2, ZSM-22, ZSM-23, SAPO-11, ZSM-48, ZBM30, seules ou en mélange, ladite étape d) opérant à une température comprise entre 250 et 480°C, sous une pression comprise entre 2 et 20 MPa, à une vitesse spatiale comprise entre 0,1 et 6 h'1, et à une quantité d’hydrogène introduite telle que le rapport volumique litre d’hydrogène/litre d’hydrocarbure est compris entre 100 et 2000 L/L.
Un avantage de la présente invention est de fournir un procédé d'hydro conversion de charges hydrocarbonées permettant la production maximisée de distillats moyens et en particulier de gazole, par la mise en œuvre judicieuse d'une étape d’hydrotraitement et d’hydroisomérisation d’une fraction de l’effluent de l’étape d’hydrocraquage ayant un point d’ébullition compris entre 340°C et 450°C, en mélange avec une charge de type gazole.
Un autre avantage de la présente invention est de fournir un procédé d'hydro conversion de charges hydrocarbonées permettant la production d’un distillât moyen de bonne qualité en terme de propriétés à froid et en particulier un gazole répondant aux spécifications en vigueur.
Un autre avantage de la présente invention est de fournir un procédé d'hydro conversion de charges hydrocarbonées permettant la production maximisée de distillats moyens en minimisant les coût opératoires de mise en œuvre du procédé.
Description détaillée de l’invention
Charges
La présente invention concerne un procédé d’hydrocraquage de charges hydrocarbonées appelées charge mère, contenant au moins 80% volume de composés bouillant au-dessus de 340°C, de préférence au-dessus de 350°C et de manière préférée entre 340 et 580 °C (c'est-à-dire correspondant à des composés contenant au moins 15 à 20 atomes de carbone).
Lesdites charges hydrocarbonées peuvent avantageusement être choisies parmi les VGO (Vacuum gas oil) selon la terminologie anglo-saxonne ou distillats sous vide (DSV) tels que par exemple les effluents issus d'unité de conversion type coker ou la viscoréduction ainsi que des charges provenant d'unités d'extraction d'aromatiques des bases d’huile lubrifiante ou issues du déparaffinage au solvant des bases d'huile lubrifiante, ou encore des distillats provenant de désulfuration ou d'hydroconversion de RAT (résidus atmosphériques) et/ou de RSV (résidus sous vide), ou encore la charge peut avantageusement être une huile désasphaltée, ou des charges issues de la biomasse ou encore tout mélange des charges précédemment citées et de préférence, les VGO.
Les paraffines issues du procédé Fischer-Tropsch sont exclues.
En général, lesdites charges ont un point d'ébullition T5 supérieur à 340°C, et mieux encore supérieur à 370°C, c’est à dire que 95% des composés présents dans la charge ont un point d’ébullition supérieur à 340°C, et mieux encore supérieur à 370°C.
La teneur en azote des charges mères traitées dans le procédé selon l’invention est usuellement supérieure à 500 ppm poids, de préférence comprise entre 500 et 10000 ppm poids, de manière plus préférée entre 700 et 4000 ppm poids et de manière encore plus préférée entre 1000 et 4000 ppm poids. La teneur en soufre des charges mères traitées dans le procédé selon l’invention est usuellement comprise entre 0,01 et 5% poids, de manière préférée comprise entre 0,2 et 4% poids et de manière encore plus préférée entre 0,5 et 3 % poids.
La charge peut éventuellement contenir des métaux. La teneur cumulée en nickel et vanadium des charges traitées dans le procédé selon l'invention est de préférence inférieure à 1 ppm poids.
La teneur en asphaltènes est généralement inférieure à 3000 ppm poids, de manière préférée inférieure à 1000 ppm poids, de manière encore plus préférée inférieure à 200 ppm poids.
La charge peut éventuellement contenir des asphaltènes. La teneur en asphaltènes est généralement inférieure à 3000 ppm poids, de manière préférée inférieure à 1000 ppm poids, de manière encore plus préférée inférieure à 200 ppm poids.
Dans le cas où la charge contient des composés de type résines et/ou asphaltènes, il est avantageux de faire passer au préalable la charge sur un lit de catalyseur ou d'adsorbant différent du catalyseur d’hydrocraquage ou d'hydrotraitement.
Etape a)
Conformément à l’invention, le procédé comprend une étape a) d’hydrotraitement desdites charges en présence d'hydrogène et d’au moins un catalyseur d’hydrotraitement, à une température comprise entre 200 et 450°C, sous une pression comprise entre 2 et 18 MPa, à une vitesse spatiale comprise entre 0,1 et 6 h'1 et à une quantité d’hydrogène introduite telle que le rapport volumique litre d’hydrogène/litre d’hydrocarbure soit compris entre 100 et 2000 L/L.
Les conditions opératoires telles que température, pression, taux de recyclage d’hydrogène, vitesse spatiale horaire, pourront être très variables en fonction de la nature de la charge, de la qualité des produits désirés et des installations dont dispose le raffineur.
De préférence, l’étape a) d’hydrotraitement selon l'invention opère à une température comprise entre 250 et 450°C, de manière très préférée entre 300 et 430°C, sous une pression comprise entre 5 et 16 MPa, à une vitesse spatiale comprise entre 0,2 et 5 h'1, et à une quantité d’hydrogène introduite telle que le rapport volumique litre d’hydrogène/litre d’hydrocarbure est compris entre 300 et 1500 L/L.
Des catalyseurs d’hydrotraitement classiques peuvent avantageusement être utilisés, de préférence qui contiennent au moins un support amorphe et au moins un élément hydro-déshydrogénant choisi parmi au moins un élément des groupes VIB et VIII non noble, et le plus souvent au moins un élément du groupe VIB et au moins un élément du groupe VIII non noble.
De préférence, le support amorphe est de l’alumine ou de la silice alumine.
Des catalyseurs préférés sont choisis parmi les catalyseurs NiMo, NiW ou CoMo sur alumine et NiMo ou NiW sur silice alumine.
Un composé organique peut être utilisé lors de la préparation du catalyseur ou bien être présent dans la porosité du catalyseur final.
L'effluent issu de l’étape d’hydrotraitement et entrant dans l’étape a) d’hydrocraquage comprend généralement une teneur en azote de préférence inférieure à 300 ppm poids et de préférence inférieure à 50 ppm poids.
Etape b)
Conformément à l’invention, le procédé comprend une étape b) d’hydrocraquage d’au moins une partie de l’effluent issu de l’étape a), et de préférence la totalité, ladite étape b) opérant, en présence d'hydrogène et d’au moins un catalyseur d’hydrocraquage, à une température comprise entre 250 et480°C, sous une pression comprise entre 2 et 25 MPa, à une vitesse spatiale comprise entre 0,1 et 6 h1 et à une quantité d’hydrogène introduite telle que le rapport volumique litre d’hydrogène/litre d’hydrocarbure soit compris entre 100 et 2000 L/L.
De préférence, l’étape a) d’hydrocraquage selon l'invention opère à une température comprise entre 320 et 450°C, de manière très préférée entre 330 et 435°C, sous une pression comprise entre 3 et 20 MPa, à une vitesse spatiale comprise entre 0,2 et 4 h'1, et à une quantité d’hydrogène introduite telle que le rapport volumique litre d’hydrogène/litre d’hydrocarbure est compris entre 200 et 2000 L/L.
Ces conditions opératoires utilisées dans le procédé selon l’invention permettent généralement d’atteindre des conversions par passe, en produits ayant des points d’ébullition inférieurs à 340°C, et mieux inférieurs à 370°C, supérieures à 15%poids et de manière encore plus préférée comprises entre 20 et 95%poids.
Le procédé d’hydrocraquage selon l’invention couvre les domaines de pression et de conversion allant de l'hydrocraquage doux à l'hydrocraquage haute pression. On entend par hydrocraquage doux, un hydrocraquage conduisant à des conversions modérées, généralement inférieures à 40%, et fonctionnant à basse pression, de préférence entre 2 MPa et 6 MPa. L’hydrocraquage haute pression est généralement réalisé à des pressions plus fortes comprises entre 5MPa et 20MPa, de manière à obtenir des conversion supérieures à 50%.
Le procédé d’hydrocraquage selon l'invention peut avantageusement être réalisée en une ou deux étape(s), indépendamment de la pression à laquelle ledit procédé est mis en œuvre. II est réalisé en présence d'un ou plusieurs catalyseur(s) d’hydrocraquage, dans une ou plusieurs unité(s) réactionnelle(s) équipée(s) de un ou plusieurs réacteur(s) en lit fixe ou en lit bouillonnant, éventuellement séparé d’une ou plusieurs sections de séparation haute et/ou basse pression.
Selon un premier mode de réalisation selon l’invention, le procédé d’hydrocraquage selon l’invention est mis en œuvre selon un mode dit en une étape. Dans ce cas, lesdites charges hydrocarbonées traitées dans le procédé selon l’invention sont envoyées dans une étape a) d’hydrotraitement avant d’être envoyées dans ladite étape b) d’hydrocraquage. Dans l’étape optionnelle d’hydrotraitement, lesdites charges sont avantageusement désulfurées et désazotées avant que celle-ci ne soit envoyée sur le catalyseur d’hydrocraquage de l’étape b) proprement dit, en particulier dans le cas où celui-ci comporte une zéolithe.
Cet d’hydrotraitement poussé de la charge n’entraîne qu’une conversion limitée de la charge, en fractions plus légères, qui reste insuffisante et doit donc être complétée sur le catalyseur d’hydrocraquage plus actif.
Selon une première variante dudit procédé une étape, aucune étape de séparation n’est mise en œuvre entre l’étape a) d’hydrotraitement et l’étape b) d’hydrocraquage. La totalité de l’effluent en sortie de l’étape a) d’hydrotraitement est injectée dans ladite étape b) d’hydrocraquage proprement dite et ce n’est qu’ensuite qu’une séparation des produits formés est réalisée dans l’étape de fractionnement c) selon l’invention.
Selon une deuxième variante dudit procédé une étape, une étape de séparation incomplète de l’ammoniaque de l’effluent issu de l’étape a) d’hydrotraitement desdites charges hydrocarbonées mères est mise en œuvre. De préférence, ladite séparation est avantageusement effectuée au moyen d’un flash chaud intermédiaire. L’étape b) d’hydrocraquage selon l’invention est ensuite réalisée en présence d'ammoniaque en quantité inférieure à la quantité présente dans lesdites charges hydrocarbonées mères, de préférence inférieure à 1500 ppm poids, de manière plus préférée inférieure à 1000 ppm poids et de manière encore plus préférée inférieure à 800 ppm poids d’azote
L’étape a) d’hydrotraitement et l’étape b) d’hydrocraquage peuvent avantageusement être réalisées dans un même réacteur ou dans des réacteurs différents. Dans le cas où elles sont réalisées dans un même réacteur, le réacteur comprend plusieurs lits catalytiques, les premiers lits catalytiques comprenant le ou les catalyseurs d’hydrotraitement et les lits catalytiques suivants comprenant le ou les catalyseurs d’hydrocraquage.
Catalyseur de l’étape b) d’hydrocraquage
Les ou les catalyseurs d’hydrocraquage utilisés dans l’étape b) d’hydrocraquage sont des catalyseurs classiques d’hydrocraquage, de type bifonctionnel associant une fonction acide à une fonction hydrogénante et éventuellement au moins une matrice liante.
Selon l’invention, le ou les catalyseurs d’hydrocraquage comprennent au moins un métal du groupe VIII choisi parmi le fer, le cobalt, le nickel, le ruthénium, le rhodium, le palladium et le platine et de préférence le cobalt et le nickel et/ou au moins un métal du groupe VIB choisi parmi le chrome, le molybdène et le tungstène, seul ou en mélange et de préférence parmi le molybdène et le tungstène.
Des fonctions hydrogénantes de type NiMo, NiMoW, NiW sont préférées. Des catalyseurs connus de l’Homme du métier peuvent convenir.
De préférence, la teneur en métal du groupe VIII dans le ou les catalyseurs d’hydrocraquage est avantageusement comprise entre 0,5 et 15% poids et de préférence entre 2 et 10% poids, les pourcentages étant exprimés en pourcentage poids d’oxydes.
De préférence, la teneur en métal du groupe VIB dans le ou les catalyseurs d’hydrocraquage est avantageusement comprise entre 5 et 25% poids et de préférence entre 15 et 22% poids, les pourcentages étant exprimés en pourcentage poids d’oxydes.
Le ou les catalyseurs peuvent également éventuellement au moins un élément promoteur déposé sur le catalyseur et choisi dans le groupe formé par le phosphore, le bore et le silicium, éventuellement au moins un élément du groupe VIIA (chlore, fluor préférés), et éventuellement au moins un élément du groupe VIIB (manganèse préféré), éventuellement au moins un élément du groupe VB (niobium préféré).
Selon l’invention, le ou les catalyseurs d’hydrocraquage comprennent au moins une zéolithe choisies parmi les zéolithes USY, seule ou en combinaison, avec d’autres zéolithes choisies parmi les zéolithes beta, ZSM-12, IZM-2, ZSM-22, ZSM-23, SAPO-11, ZSM-48, ZBM-30, seules ou en mélange. De manière préférée la zéolithe est la zéolithe USY seule.
Le ou les catalyseurs d’hydrocraquage peuvent éventuellement comprendre au moins une matrice minérale poreuse ou mal cristallisée de type oxyde choisie parmi les alumines, les silices, les silicealumines, les aluminates, l’alumine-oxyde de bore, la magnésie, le silice-magnésie, le zircone, l’oxyde de titane, l’argile, seuls ou en mélange et de préférence l’alumine et la silice-alumine.
Un agent organique peut être présent sur le catalyseur de l’étape b).
Un catalyseur préféré comprend et de préférence constitué d’au moins un métal du groupe VI et/ou au moins un métal du groupe VIII non noble, une zéolithe Y et un liant alumine.
Un catalyseur encore plus préféré comprend et est de préférence constitué du nickel, du molybdène, du phosphore, une zéolithe USY et de l’alumine.
Un autre catalyseur préféré comprend et de est préférence constitué de nickel, de tungstène, une zéolithe USY et de l’alumine ou de la silice alumine.
D’une façon générale, le ou les catalyseurs utilisés dans l’étape b) d’hydrocraquage renferme avantageusement :
- 0,1 à 60% poids de zéolithe,
- 0,1 à 40% poids d’au moins un élément des groupes VIB et VIII (% oxyde)
- 0,1 à 99,8% poids de matrice (% oxyde)
- 0 à 20% poids d’au moins un élément choisi dans le groupe formé par P, B, Si (% oxyde), de préférence 0,1-20%
- 0 à 20% poids d’au moins un élément du groupe VIIA, de préférence 0,1 à 20%
- 0 à 20% poids d’au moins un élément du groupe VIIB, de préférence 0,1 à 20%
- 0 à 60% poids d’au moins un élément du groupe VB, de préférence 0,1 à 60% ;
Les pourcentages étant exprimés en pourcentage poids par rapport à la masse totale de catalyseur, la somme des pourcentages des éléments constituants ledit catalyseur étant égale à 100%
Le ou les catalyseurs d’hydrocraquage utilisés selon l’invention sont de préférence soumis à un traitement de sulfuration permettant de transformer, au moins en partie, les espèces métalliques en sulfure avant leur mise en contact avec la charge à traiter. Ce traitement d'activation par sulfuration est bien connu de l'Homme du métier et peut être effectué par toute méthode déjà décrite dans la littérature
Quel que soit le mode de réalisation du procédé d’hydrocraquage, le procédé comprend une étape c) de fractionnement comprenant une unité de fractionnement placée en aval des réacteurs qui permet de séparer les différents produits issus du ou des réacteurs d’hydrocraquage de l’étape b).
Etape c)
Conformément à l’invention, le procédé comprend une étape c) de fractionnement de l’effluent issu de l’étape b) en au moins
- un effluent comprenant les produits hydrocarbonés convertis ayant un point d’ébullition inférieur à 370°C, de préférence inférieur à 350°C et de manière préférée inférieur à 340°C,
- une fraction liquide légère non convertie ayant un point d’ébullition compris entre 340°C et450°C, de préférence compris entre 350 et 430°C et de manière très préférée compris entre 370 et 420°C, et
- une fraction liquide lourde non convertie ayant un point d’ébullition compris entre 420°C et 560°C, de préférence compris entre 430 et 560°C et de manière préférée compris entre 450 et 560°C.
De préférence, ladite étape c) de fractionnement peut comprendre une première étape de séparation comprenant un moyen de séparation tel que par exemple un enchaînement de ballons séparateurs à haute pression opérant entre 2 et 25MPa, dont le but est de produire un flux d’hydrogène qui est recyclé par l’intermédiaire d’un compresseur vers au moins une des étapes a), b) et/ou e), et un effluent hydrocarboné produit dans l’étape b) d’hydrocraquage qui est envoyé vers un stripper à la vapeur opérant de préférence à une pression comprise entre 0,5 et 2 MPa, qui a pour but de réaliser une séparation de l'hydrogène sulfuré (H2S) dissous d’au moins ledit effluent hydrocarboné produits durant l’étape b). L’effluent hydrocarboné, issu de cette première séparation peut avantageusement subir une distillation atmosphérique, et dans certains cas l'association d'une distillation atmosphérique et de manière préférée d'une distillation sous vide. La distillation a pour but de réaliser une séparation entre au moins les produits hydrocarbonés convertis, c'est à dire en les trois effluents séparés selon l'étape c) de la présente invention.
Selon une autre variante, l’étape de fractionnement n’est constituée que d’une colonne de distillation atmosphérique.
Les produits hydrocarbonés convertis ayant des points d’ébullition inférieurs à 370°C, de préférence inférieur à 350°C et de manière préférée inférieurs à 340°C peuvent avantageusement être distillés à pression atmosphérique pour obtenir plusieurs fractions converties et de préférence une fraction gaz légers C1-C4, au moins une fraction essence bouillant à une température inférieure à 150°C, et au moins une fraction distillats moyens (kérosène et gazole) ayant un point d’ébullition compris entre 150 et 370°C, de préférence compris entre 150 et 350°C et de manière préférée compris entre 150 et 340°C.
L’effluent comprenant les produits hydrocarbonés convertis ayant un point d’ébullition inférieur à 370°C, de préférence inférieur à 350°C et de manière préférée inférieur à 340°C séparé dans l’étape c) de fractionnement, est un effluent ayant un point d’ébullition T95 inférieur ou égal à 370°C, de préférence inférieur ou égal à 350°C, et de manière préférée inférieur ou égal à 340°C, c’est à dire que 95% en volume des composés présents dans ledit effluent ont un point d’ébullition inférieur ou égal à 370°C, de préférence inférieur ou égal à 350°C, et de manière préférée inférieur ou égal à 340°C. Cet effluent comprend la coupe distillât moyen.
La fraction liquide légère non convertie ayant un point d’ébullition compris entre 340°C et 450°C, de préférence compris entre 350 et 430°C et de manière très préférée compris entre 370 et 420°C séparée dans l’étape c) de fractionnement est un effluent ayant un point d’ébullition T5 supérieur à 340°C, de préférence supérieur à 350°C, et de manière préférée supérieur à 380°C, c’est-à-dire que 95% en volume des composés présents dans ledit effluent ont un point d’ébullition supérieur à 340°C, de préférence supérieur à 350°C, et de manière préférée supérieur à 380°C et un point d’ébullition T95 inférieur à 450°C, de préférence inférieur à 430°C, et de manière préférée inférieur à 420°C, c’est-à-dire que 95% en volume des composés présents dans ledit effluent ont un point d’ébullition inférieur à 450°C, de préférence inférieur à 430°C, et de manière préférée inférieur à 420°C.
La fraction liquide lourde non convertie ayant un point d’ébullition compris entre 420°C et 560°C, de préférence compris entre 430°C et 560°C et de manière préférée compris entre 450 et 560°C séparée dans l’étape c) de fractionnement est un effluent ayant un point d’ébullition T5 supérieur à 420°C, de préférence supérieur à 430°C et de manière préférée supérieur à 450°C, c’est à dire que 95% en volume des composés présents dans ledit effluent ont un point d’ébullition supérieur à 420°C, de préférence supérieur à 430°C et de manière préférée supérieur à 450°C, et un T95 inférieur à 560°C, c’est-à-dire 95% des composés présents dans ledit effluent ont un point d’ébullition inférieur 560°C.
Dans le premier mode de réalisation selon l’invention où ledit procédé est mis en œuvre selon un procédé dit en une étape, tel que décrit précédemment, au moins une partie et de préférence la totalité de la fraction liquide lourde non convertie ayant un point d’ébullition compris entre 420°C et 560°C peut avantageusement être valorisée en huiles, ou envoyée dans une autre unité de la raffinerie telle que par exemple dans un FCC, ou recyclée dans l’étape a) d’hydrotraitement placée en amont de l’étape b) d’hydrocraquage ou dans l’étape b) d’hydrocraquage en vue d'une conversion plus poussée de la charge mère.
Dans un deuxième mode de réalisation selon l’invention, ledit procédé d’hydrocraquage est mis en œuvre selon un procédé dit en deux étapes. Dans ce cas, au moins une partie et de préférence la totalité de la fraction liquide lourde non convertie lors de la première étape b) d’hydrocraquage et ayant un point d’ébullition compris entre 420°C et 560°C est envoyée dans une deuxième étape f) d’hydrocraquage.
De préférence, ladite deuxième étape f) d’hydrocraquage est mise en œuvre dans des conditions identiques ou différentes de celles de ladite étape b) d’hydrocraquage et en présence d’un catalyseur d’hydrocraquage identique ou différent de celui mis en œuvre dans ladite étape b).
De préférence, ladite deuxième étape f) d’hydrocraquage est mise en œuvre, en présence d'hydrogène et d’au moins un catalyseur d’hydrocraquage, à une température comprise entre 250 et480°C, de préférence comprise entre 320 et 450°C et de manière très préférée entre 330 et 435°C, sous une pression comprise entre 2 et 25 MPa, de préférence comprise entre 3 et 20 MPa, à une vitesse spatiale comprise entre 0,1 et 6 h-1 et de préférence comprise entre 0,2 et 3 h-1 et à une quantité d’hydrogène introduite telle que le rapport volumique litre d’hydrogène/litre d’hydrocarbure soit compris entre 100 et 2000 L/L et de préférence comprise entre 200 et 2000 L/L.
La description du catalyseur utilisé dans ladite deuxième étape f) d’hydrocraquage est identique celle du catalyseur utilisé dans ladite première étape b).
De préférence, le catalyseur utilisé dans l’étape f) est différent de celui de l’étape b).
L’effluent produit dans la deuxième étape f) d’hydrocraquage peut avantageusement, en tout ou partie et de préférence en totalité, être envoyé dans l’étape c) de fractionnement de manière à être séparé en lesdits trois effluent selon l’étape c).
Une purge est avantageusement mise en œuvre sur la fraction lourde recyclée. Ladite purge d’une partie de la fraction lourde recyclée peut être réalisée pour limiter la formation des produits aromatiques lourds ou HPNA, Ladite purge est comprise entre 0 à 5% de la fraction lourde par rapport à la charge mère DSV entrante, et de préférence entre 0 à 3%pds.
Dans tous les cas, que le procédé selon l’invention soit mis en œuvre selon un procédé dit en une étape ou dans un procédé dit en deux étapes, au moins une partie et de préférence la totalité de la fraction liquide légère non convertie ayant un point d’ébullition compris entre 340°C et 450°C est envoyée une étape d) d’hydrotraitement selon l’invention.
Etape d)
Conformément à l’invention, le procédé comprend une étape d) d’hydrotraitement d’au moins une partie de ladite fraction liquide légère non convertie dans l’étape d’hydrocraquage et ayant un point d’ébullition compris entre 340°C et 450°C issu de l’étape c), en mélange avec une charge liquide hydrocarbonée comprenant au moins 95% poids de composés bouillants à une température d'ébullition comprise entre 150 et 420°C, en présence d'hydrogène et d’au moins un catalyseur d’hydrotraitement, à une température comprise entre 200 et 450°C, sous une pression comprise entre 2 et 18 MPa, à une vitesse spatiale comprise entre 0,1 et 6 h'1 et à une quantité d’hydrogène introduite telle que le rapport volumique litre d’hydrogène/litre d’hydrocarbure soit compris entre 100 et 2000 L/L.
De préférence, l’étape d) d'hydrotraitement opère à une température comprise entre 250 et 450°C, de manière très préférée entre 300 et 430°C, sous une pression comprise entre 5 et 16 MPa, à une vitesse spatiale comprise entre 0,2 et 5 h'1, et à une quantité d’hydrogène introduite telle que le rapport volumique litre d’hydrogène/litre d’hydrocarbure est compris entre 300 et 1500 L/L.
De préférence, ladite charge liquide hydrocarbonée traitée dans l’étape d) en mélange avec l’effluent issu de l’étape c) est avantageusement choisie parmi les charges liquides hydrocarbonées issues de la distillation directe d’un pétrole brut (ou straight run selon la terminologie anglo-saxonne) et de préférence choisies parmi le gazole straight run, le Light Vacuum Gasoil Oil (LVGO) selon la terminologie anglo-saxonne ou distillât sous vide légers, et les charges liquides hydrocarbonées issues d’une unité de cokéfaction (coking selon la terminologie anglo-saxonne), de préférence le gazole de coker, d'une unité de viscoréduction (visbreaking selon la terminologie anglo-saxonne), d'une unité de vapocraquage (steam cracking selon la terminologie anglo-saxonne) et/ou d’une unité d'hydroconversion de RAT (résidus atmosphériques) et/ou de RSV (résidus sous vide) et/ou d’une unité d'hydrotraitement de RAT (résidus atmosphériques) et/ou de RSV (résidus sous vide) et/ou d'une unité de craquage catalytique (Fluid Catalytic Cracking selon la terminologie anglo-saxonne), de préférence les LCO (light cycle oil) ou gazoles légers issus d'une unité de craquage catalytique, et une charge gazole issue de la conversion de biomasse (estérification par exemple), lesdites charges peuvent être prises seules ou en mélange.
La teneur en soufre de ladite charge liquide hydrocarbonée traitée dans l’étape d) en mélange avec l’effluent issu de l’étape c) est usuellement supérieure à 0,01% poids, de préférence comprise entre 0,05 et 3% poids, de manière plus préférée entre 0,1 et 2% poids. La teneur en azote de ladite charge liquide hydrocarbonée traitée dans l’étape d) en mélange avec l’effluent issu de l’étape c) est usuellement supérieure à 30 ppm poids, de préférence comprise entre 50 et 5000 ppm poids, de manière plus préférée entre 100 et 3000 ppm poids.
Le traitement de la fraction liquide légère non convertie dans l’étape d’hydrocraquage b) et ayant un point d’ébullition compris entre 340°C et 450°C issu de l’étape c) en mélange avec ladite charge liquide hydrocarbonée de type gazole dans une étape d) d’hydrotraitement, permet d’optimiser la production de distillats moyens, et en particulier gazole, à moindre coût.
La description du catalyseur d’hydrotraitement utilisé dans ladite étape d) d’hydrotraitement est identique celle du catalyseur utilisé dans ladite étape a).
Le catalyseur utilisé dans ladite étape d) d’hydrotraïtement peut être identique ou différent de celui mis en œuvre dans ladite étape a) d’hydrotraitement, et de préférence identique.
Etape e)
Conformément à l’invention, le procédé comprend une étape e) d’hydroisomérisation d’au moins une partie et de préférence la totalité de l’effluent issu de l’étape d) d’hydrotraitement, en présence d'hydrogène et d’au moins un catalyseur d’hydroisomérisation, à une température comprise entre 250 et 480°C, sous une pression comprise entre 2 et 20 MPa, à une vitesse spatiale comprise entre 0,1 et 6 h'1, et à une quantité d’hydrogène introduite telle que le rapport volumique litre d’hydrogène/litre d’hydrocarbure est compris entre 100 et 2000 L/L.
De préférence, l’étape e) d’hydroisomérisation selon l'invention opère à une température comprise entre 320 et 450°C, de manière très préférée entre 330 et 435°C, sous une pression comprise entre 3 et 16 MPa, à une vitesse spatiale comprise entre 0,2 et 3 h'1, et à une quantité d’hydrogène introduite telle que le rapport volumique litre d’hydrogène/litre d’hydrocarbure est compris entre 200 et 2000 L/L.
Les conditions opératoires de l’étape e) d’isomérisation peuvent avantageusement être identiques ou différentes de celles mises en œuvre dans l’étape b) d’hydrocraquage.
La mise en œuvre d’une étape e) d’hydroisomérisation en aval d’une étape d’hydrotraitement de ladite coupe spécifique ayant un point d’ébullition compris entre 340°C et 450°C en mélange avec une charge liquide hydrocarbonée de type gazole permet l’hydrotraitement de ladite coupe et la valorisation sélective de ladite coupe en distillât moyen et donc l’augmentation du rendement global du procédé en distillats moyens et en particulier en gazole.
Par ailleurs, la mise en œuvre d’un catalyseur d’hydrosiomérisation spécifique dans ladite étape e) d'hydroisomérisation permet la production de gazole présentant des propriétés à froid améliorées par rapport à un schéma classique d’hydrocraquage une étape dans lequel la totalité de la charge non convertie est recyclée dans l’étape d’hydrocraquage et par rapport à un schéma classique d’hydrotraitement des gazoles.
Catalyseur de l’étape e) d’hvdroisomérisation
Le ou les catalyseurs d’hydroisomérisation utilisés dans l’étape e) sont des catalyseurs classiques d’hydroisomérisation connus de l’Homme du métier, de type bifonctionnel associant une fonction acide à une fonction hydrogénante et éventuellement au moins une matrice liante.
Selon l’invention, le ou les catalyseurs d’hydroisomérisation comprennent non noble du groupe VIII choisi parmi le fer, le cobalt, le nickel, le ruthénium, et de préférence le cobalt, le nickel, et/ou au moins un métal du groupe VIB choisi parmi le chrome, le molybdène et le tungstène, seul ou en mélange et de préférence parmi le molybdène et le tungstène.
Des fonctions hydrogénantes non nobles de type NiMo, NiMoW, NiW sont préférées.
De préférence, la teneur en métal du groupe VIII non noble dans le ou les catalyseurs d’hydroisomérisation est avantageusement comprise entre 0,5 et 15% poids et de préférence entre 2 et 10% poids, les pourcentages étant exprimés en pourcentage poids d'oxydes.
De préférence, la teneur en métal du groupe VIB dans le ou les catalyseurs d’hydrocraquage est avantageusement comprise entre 5 et 25% poids et de préférence entre 15 et 22% poids, les pourcentages étant exprimés en pourcentage poids d’oxydes.
Selon l’invention, le ou les catalyseurs d’hydroisomérisation comprennent au moins une zéolithe choisie parmi les zéolithes Beta, ZSM-12, IZM-2, ZSM-22, ZSM-23, SAPO-11, ZSM-48, ZBM-30, seules ou en mélange et de manière préférée les zéolithes sont choisies parmi les zéolithes ZSM-12, IZM-2, ZSM-22 et ZSM-48 seules ou en mélange.
Le ou les catalyseurs d’hydroisomérisation peuvent éventuellement comprendre au moins une matrice minérale poreuse ou mal cristallisée de type oxyde choisie parmi les alumines, les silices, les silicealumines, les aluminates, l’alumine-oxyde de bore, la magnésie, le silice-magnésie, le zircone, l’oxyde de titane, l’argile, seuls ou en mélange et de préférence l’alumine et silice-alumine.
Un agent organique peut être présent sur le catalyseur de l’étape d).
Un catalyseur encore plus préféré comprend et est de préférence constitué du nickel, du molybdène, éventuellement du phosphore, une zéolithe ZSM-12 et de l’alumine.
Un autre catalyseur préféré comprend et de est préférence constitué de nickel, de tungstène et de l’alumine ou de la silice alumine.
Les catalyseurs d’hydrocraquage et d’hydroisomérisation utilisés dans le procédé selon l'invention peuvent être soumis à un traitement de sulfuration permettant de transformer, au moins en partie, les espèces métalliques en sulfure avant leur mise en contact avec la charge à traiter. Ce traitement d'activation par sulfuration est bien connu de l'Homme du métier et peut être effectué par toute méthode déjà décrite dans la littérature
L’étape d’hydrotraitement d) et l’étape d’hydroisomérisation e) sont avantageusement réalisées dans un même réacteur ou dans des réacteurs différents.
Dans le cas où elles sont réalisées dans un même réacteur, le mélange de deux charges peut être réalisé et injecté en amont du réacteur de l’étape d).
Dans une variante, dans le cas où elles sont réalisées dans un même réacteur, le réacteur comprend plusieurs lits catalytiques, les premiers lits catalytiques comprenant le ou les catalyseurs d’hydrotraitement et les lits catalytiques suivants comprenant le ou les catalyseurs d’hydroisomérisation. Dans ce cas, la charge liquide hydrocarbonée de type gazole est injectée en amont du réacteur de l’étape d) d’hydrotraitement et la fraction liquide légère non convertie ayant un point d’ébullition compris entre 340°C et 450°C issue de l’étape c) est injectée entre le dernier lit catalytique contenant le catalyseur d’hydrotraitement et le premier lit catalytique contenant le catalyseur d’hydroisomérisation.
Dans le cas où les étape d) et e) sont réalisées dans des réacteurs séparés, l’étape e) d’hydroisomérisation peut être mise en œuvre dans plusieurs réacteurs, le nombre de réacteurs étant avantageusement compris entre 1 et 3 et de préférence entre 1 et 2, chacun desdits réacteurs pouvant comprendre un ou plusieurs lits catalytiques et de préférence 1 à 10 lits catalytiques et de manière préférée, 1 à 5, et de manière encore plus préférée 1 à 2 lits catalytiques.
De manière très préférée, ladite étape e) est mise en œuvre dans 2 réacteurs différents.
De manière très préférée, chaque réacteur comprend 2 lits catalytiques.
Dans le cas où ladite étape e) est mise en œuvre dans plusieurs réacteurs et de préférence dans deux réacteurs, une injection intermédiaire du recycle dans ladite étape b) d'au moins une partie de ladite fraction liquide légère non convertie ayant un point d’ébullition compris entre 340°C et 450°C issue de l’étape c) est de préférence mise en œuvre entre deux réacteurs et la charge liquide hydrocarbonée de type gazole est injectée en amont du réacteur de l’étape d) d’hydrotraitement.
Dans le cas où ladite étape e) est mise en œuvre dans un seul réacteur, le réacteur comprend au moins deux lits catalytiques et de préférence un nombre de lits catalytiques compris entre 2 et 10.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, ladite étape e) d’hydroisomérisation est mise en œuvre dans un réacteur comprenant deux lits catalytiques.
De manière très préférée, le volume du premier lit catalytique varie entre 20 et 80% du volume catalytique total contenu dans ledit réacteur et le volume du deuxième lit catalytique varie entre 80 et 20% dudit volume catalytique total contenu dans ledit réacteur.
Dans le cas où ladite étape e) est mise en œuvre dans un seul réacteur comprenant au moins deux lits catalytiques, et de préférence 2 lits, une injection intermédiaire du recycle dans ladite étape b) d’au moins une partie de ladite fraction liquide légère non convertie ayant un point d’ébullition compris entre 340°C et 450°C issue de l’étape c) est de préférence mise en œuvre entre deux lits catalytiques et la charge liquide hydrocarbonée de type gazole est injectée en amont du réacteur de l’étape d) d’hydrotraitement.
L’étape e) d’hydroisomérisation comporte avantageusement une section de séparation et de recyclage de l’hydrogène. De manière préférée, la section de recyclage de l’hydrogène est intégrée avec la première étape b) d’hydrocraquage.
Les conditions opératoires et le type de catalyseur mis en œuvre dans l’étape e) d’hydroisomérisation traitant la fraction liquide légère non convertie de la charge mère permet la production d’un effluent comprenant au moins une fraction bouillant dans la coupe des distillats moyens, et de préférence du gazole ayant des point d’ébullition compris entre 220 et 370°C, de préférence entre 240 et 370°C, et de manière encore préféré entre 250 et 370°C.
De préférence, l’effluent issu de l’étape e) d’hydroisomérisation comprend plus de 50%vol, de manière plus préférée plus de 60%vol, et de manière plus préféré plus de 70% vol de gazole.
L’effluent issu de l’étape e) d’hydroisomérisation comprend également en plus de ladite fraction bouillant dans la coupe des distillats moyens, au moins une fraction de la charge non convertie dans ladite étape e) d’hydroisomérisation qu’il convient de séparer.
L’effluent issu de l’étape e) d’hydroisomérisation est donc de préférence envoyée dans une étape de séparation.
Cette séparation peut avantageusement être faite dans une étape optionnelle de séparation dédiée ou de manière préférée, dans ladite étape c) de fractionnement d’où est issue la charge de l’étape d) d’hydrotraitement. Dans le cas où l’effluent issu de l’étape e) d’hydroisomérisation est réinjecté dans ladite étape c) de fractionnement, ladite étape c) est avantageusement munie d’une cloison de type « divided wall column » selon la terminologie anglosaxonne permettant de faciliter le recycle de la fraction non convertie de l’effluent issu de ladite étape e) d’hydroisomérisation. Grâce à cette cloison, la fraction non convertie de l’effluent issu de ladite étape e) d’hydroisomérisation n’est pas remélangée à la fraction liquide lourde de l’alimentation principale issue de la première étape b) et/ou de la seconde étape d’hydrocraquage, ce qui en facilite la séparation et le recyclage vers l'étape d) d’hydrotraitement, ce qui permet l’augmentation du rendement en gazole.
Description des figures
La figure 1 illustre le procédé d’hydrocraquage est mis en œuvre en deux étapes selon l’invention.
Le flux de charge fraîche 1 est envoyé dans l’étape a) d’hydrotraitement, l’effluent 2 de cette étape composé de la charge hydrotraitée est convertie dans l’étape b) d’hydrocraquage (première étape d’hydrocraquage). L’effluent de l’étape b) d’hydrocraquage (flux 3) est séparé dans l’étape c) de fractionnement produisant :
• le flux 9 composé de la fraction la plus légère (incondensables, naphta) • le flux 8 composé de distillats moyens dont le point d’ébullition se situe entre 150 et 370°C (kérosène, diesel) • le flux 4 composé d'hydrocarbures dont le point d’ébullition se situe entre 340 et 450°C et de préférence 350 et 430 et de manière préférée entre 370 et 420°C (coupe légèrement plus lourde que la coupe distillât moyen 8). Ce flux est hydrotraité en mélange avec une charge fraîche gazole (flux 13) dans l’étape d) d’hydrotraitement.
• le flux 6 d’huile non convertie dans l’étape b) représente la fraction liquide lourde non convertie ayant un point d’ébullition compris entre 420°C et 560°C, de préférence compris entre 430 et 560°C et de manière préférée compris entre 450 et 560°C. Elle est envoyée à l’étape f) de seconde étape d’hydrocraquage. Le flux partiellement converti 7 issu de l’étape f) est recyclé à l’étape c) de fractionnement • Le flux 10 comprenant l’hydrogène est reparti entre les étape a), b), d), e) et f) afin de servir de couverture et de réactif pour ces étapes
L’étape c) est constituée d'une section haute pression et d’une section de fractionnement a basse pression (non détaillées ici).
Le flux 12 issu de l’étape d) d’hydrotraitement est envoyé à l’étape e) hydroisomérisation afin d'être partiellement converti en distillats moyens (flux 5).
Le flux 11 est une purge permettant d’éviter l’accumulation de produits aromatiques lourds HPNA dans la boucle de recycle.
La figure 2 illustre le procédé d’hydrocraquage est mis en œuvre en une étape selon l’invention.
Le flux de charge fraîche 1 est envoyé dans l’étape a) d’hydrotraitement, l’effluent 2 de cette étape composé de la charge hydrotraitée est convertie dans l’étape b) d’hydrocraquage (première étape d’hydrocraquage). L’effluent de l’étape b) d’hydrocraquage (flux 3) est séparé dans l’étape c) de fractionnement produisant :
• le flux 9 composé de la fraction la plus légère (incondensables, naphta) • le flux 8 composé de distillats moyens dont le point d’ébullition se situe entre 150 et 370°C (kérosène, diesel) • le flux 4 composé d’hydrocarbures dont le point d'ébullition se situe entre 340 et 450°C et de préférence 350 et 430°C et de manière préférée entre 370 et 420°C (coupe légèrement plus lourde que la coupe distillât moyen 8). Ce flux est hydrotraité en mélange avec une charge fraîche gazole (flux 13) dans l’étape d) d’hydrotraitement.
• le flux 6 d’huile non convertie dans l’étape b) représente la fraction liquide lourde non convertie ayant un point d'ébullition compris entre 420°C et 560°C, de préférence compris entre 430 et 560°C et de manière préférée compris entre 450 et 560°C. Elle n’est pas recyclée.
• Le flux 10 comprenant l’hydrogène est reparti entre les étape a), b), d), et e) afin de servir de couverture et de réactif pour ces étapes
L’étape c) est constitué d’une section haute pression et d’une section de fractionnement à basse pression (non détaillées ici).
Le flux 12 issu de l’étape d) d’hydrotraitement est envoyé à l’étape e) hydroisomérisation afin d’être partiellement converti en distillats moyens (flux 5).
Les exemples suivants illustrent la présente invention sans toutefois en limiter la portée.
EXEMPLES
Préparation d’un catalyseur C1 d’hydrotraitement
Sur un support d'alumine commercial Sasol sous la forme extrudé, on prépare le catalyseur A à base de nickel, molybdène et du phosphore. La solution d'imprégnation est préparée par dissolution à chaud de l'oxyde de molybdène et d’hydroxycarbonate de nickel dans la solution d'acide phosphorique en solution aqueuse dans le but d'obtenir une formulation approximativement de 4/22/5 exprimée en % poids d'oxydes de nickel, de molybdène et en % poids d'anhydride phosphorique par rapport à la quantité de matière sèche du catalyseur final. Après imprégnation à sec, les extrudés sont laissés à maturer en atmosphère saturée en eau pendant 8 h, puis ils sont séchés une nuit à 90°C. La calcination à 450°C pendant 2 heures conduit au catalyseur C1.
La composition finale du catalyseur C1 exprimée sous forme d'oxydes est alors la suivante : MoO3 = 22,0 +- 0,2 (% en poids), NiO - 4,1 +- 0,1 (% en poids) et P2O5 = 5,0 +- 0, 1 (% en poids).
Préparation du catalyseur d’hydrocraquage C2 : NiMoP/USY-AI2O3
Pour préparer le support du catalyseur C2 d’hydrocraquage, on utilise 40% poids de la zéolithe USY que l'on mélange avec 60% poids d'un gel d'alumine. La pâte malaxée est ensuite extrudée à travers une filière de diamètre 1,8 mm. Les extrudés sont ensuite séchés une nuit à 120°C sous air puis calcinés à 550°C sous air.
Une solution composée d’oxyde de molybdène, d’hydroxycarbonate de nickel et d’acide phosphorique est ajoutée sur le support par imprégnation à sec afin d'obtenir une formulation de 2,5/15,0/2 exprimée en % poids d'oxydes par rapport à la quantité de matière sèche. Après imprégnation à sec, les extrudés sont laissés à maturer en atmosphère saturée en eau pendant 12 h, puis ils sont séchés une nuit à 110°C puis finalement calciné à 450°C pendant 2 heures pour conduire au catalyseur C2.
Préparation du catalyseur d’hydroisomérisation C3 : NiMoP/ZSM-12-AI2O3
Pour préparer le support du catalyseur d’hydroisomérisation C3, on utilise 40% poids de la zéolithe ZSM-12 que l'on mélange avec 60% poids d'un gel d'alumine. La pâte malaxée est ensuite extrudée à travers une filière de diamètre 1,8 mm. Les extrudés sont ensuite séchés une nuit à 120°C sous air puis calcinés à 550°C sous air.
Une solution composée d’oxyde de molybdène, d’hydroxycarbonate de nickel et d’acide phosphorique est ajoutée sur le support par imprégnation à sec afin d'obtenir une formulation de 2,5/15,0/2 exprimée en % poids d'oxydes par rapport à la quantité de matière sèche. Après imprégnation à sec, les extrudés sont laissés à maturer en atmosphère saturée en eau pendant 12 h, puis ils sont séchés une nuit à 110°C puis finalement calciné à 450°C pendant 2 heures pour conduire au catalyseur C3.
Exemple 1 conforme :
L’exemple concerne un procédé d’hydrocraquage/hydrotraitement et hydroisomérisation mis en oeuvre de manière à maximiser la production de distillats moyens, ayant des propriétés à froid de grande qualité. L’hydrocraquage mis en œuvre est un hydrocraquage dit en une étape.
La figure 2 illustre le mode de réalisation de l’exemple 1.
La charge du procédé selon l’invention entrant dans la première étape d’hydrotraitement est un distillât sous vide qui possède les caractéristiques données dans le Tableau 1.
Tableau 1 : Caractéristique de la charge DSV utilisée pour l’hydrocraquage
Les caractéristiques de la charge sont les suivantes :
- Soufre : 2,6 % poids
- Azote : 1350 ppm
- Azote basique : 392 ppm
- Résines= 9.1%pds
TMP = 474°C
T5%= 389°C
T50%= 468°C
T70%= 498°C
T95%= 542°C
Le test est mené dans un réacteur pilote isotherme à lit fixe traversé, les fluides circulant de bas en haut. Le réacteur comprend deux zones catalytiques permettant d'évaluer l’enchaînement hydrotraitement puis hydrocraquage. Après sulfuration in situ à 350 °C dans l'unité sous pression au moyen du distillât sous vide, le test d'hydrotraitement a été conduit dans les conditions opératoires suivantes : une pression totale de 15,0 Mpa, un rapport H2/charge de 1000 l/h. La charge traverse d'abord la première zone chargée avec le premier catalyseur C1 d’hydrotraitement, puis la deuxième zone chargée avec le catalyseur C2 d’hydrocraquage. Les conditions de vvh sont décrites tableau 2. L’hydrocraquage est réalisée dans deux réacteurs distincts, respectivement d’hydrotraitement et de conversion.
Tableau 2 : conditions opératoires
| Etape d’hydrocraquage | Vvh catalyseur 1 H DT | Vvh catalyseur 2 HCK |
| 1,5 | 2 |
La température de l’étape d’hydrotraitement est ajustée de manière à ce que l’effluent sortie d’hydrotraitement ait une niveau d’azote organique à 10ppm.
La température de l’étape de conversion par hydrocraquage est ajustée de sorte que la conversion en produits ayant des points d’ébullition < 370- soit de 70%.
La fraction 370-420°C issu du fractionnement de l’effluent sortie de l’étape d’hydrotraitementconversion de la charge mère VGO est mélangée avec une charge gazole décrite tableau 3 , dans les proportions volumiques 10 / 90%vol en amont de l’étape d’hydrotraitement / hydroisomérisation. Ce mélange constitue la charge de l’étape d’hydrotraitement/hydroisomérisation.
Tableau 3 : Caractéristique de la charge GO utilisée pour l’étape HDT/hydroisomérisation
La charge utilisée est un mélange de 70% volume gazole issu de distillation atmosphérique (straightrun) et 30% volume gazole de coker et a une TMP de 285°C. Les caractéristiques de la charge sont les suivantes : densité (à 15 °C) 0,8486, soufre 1,06 % poids, azote 410 ppm, azote basique 200 ppm, aromatiques (UV) 29 % poids.
Distillation Simulée :
| PI | 150°C |
| 5 % : : | 200°C |
| 10% : | 220 °C |
| 50 % : | 283 °C |
| 70% : | 307°C |
| 90 %: | 337 °C |
| 95% : | 358°C |
L’étape d’hydrotraitement/hydroisomérisation est réalisée dans un seul réacteur, contenant un enchaînement de lit de catalyseur d’hydrotraitement et d’hydroisomérisation (C 1 / C3).
| Etape d’hydrotraitement / hydroisomérisation | Vvh C1 HDT par rapport à la charge gazole + coupe 370-420°C issue de l’HCK | Vvh C3 HYSOM par rapport à la charge gazole + coupe 370-420°C issue de l’HCK |
| 1,5 | 1 |
La température de l’étape HDT/Hydroisom est ajustée de manière à ce que l’effluent sortie 5 d’hydrotraitement ait une niveau de soufre organique à 10ppm et que la conversion en produits ayant des points d’ébullition < 370- soit de 95%.
Selon l’exemple de l’invention, le procédé décrit permet la production d’un rendement en distillât moyen élevé avec de bonnes propriétés à froid. En particulier, on obtient un gazole ayant un point de trouble de -18°C.
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Procédé d’hydrocraquage de charges hydrocarbonées contenant au moins 80% poids de composés bouillants au-dessus de 340°C, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes :a) L’hydrotraitement desdites charges en présence d'hydrogène et d’au moins un catalyseur d’hydrotraitement, à une température comprise entre 200 et 450°C, sous une pression comprise entre 2 et 18 MPa, à une vitesse spatiale comprise entre 0,1 et 6 h-1 et à une quantité d’hydrogène introduite telle que le rapport volumique litre d’hydrogène/litre d’hydrocarbure soit compris entre 100 et 2000 L/L,b) L’hydrocraquage d’au moins une partie de l’effluent issu de l’étape a), l’étape b) d’hydrocraquage opérant, en présence d'hydrogène et d’au moins un catalyseur d’hydrocraquage comprenant au moins un métal du groupe VIII choisi parmi le fer, le cobalt, le nickel, le ruthénium, le rhodium, le palladium et le platine et/ou au moins un métal du groupe VIB choisi parmi le chrome, le molybdène et le tungstène, seul ou en mélange et au moins une zéolithe choisies parmi les zéolithes USY, seule ou en combinaison avec d’autres zéolithes choisies parmi les zéolithes beta, ZSM-12, IZM-2, ZSM-22, ZSM-23, SAPO-11, ZSM-48, ZBM-30, seules ou en mélange, ladite étape b) opérant à une température comprise entre 250 et 480°C, sous une pression comprise entre 2 et 25 MPa, à une vitesse spatiale comprise entre 0,1 et 6 h-1 et à une quantité d’hydrogène introduite telle que le rapport volumique litre d’hydrogène/litre d’hydrocarbure soit compris entre 100 et 2000 L/L,c) Le fractionnement de l’effluent issu de l'étape b) en au moins un effluent comprenant les produits hydrocarbonés convertis ayant un point d’ébullition inférieur à 370°C, en un effluent comprenant une fraction liquide légère non convertie ayant un point d’ébullition compris entre 340°C et 450°C, et en une fraction liquide lourde non convertie ayant un point d’ébullition compris entre 420°C et 560°C,d) une étape d’hydrotraitement d’au moins une partie de ladite fraction liquide légère non convertie ayant un point d’ébullition compris entre 340°C et 450°C issu de l’étape c) en mélange avec une charge liquide hydrocarbonée comprenant au moins 95% poids de composés bouillants à une température d'ébullition comprise entre 150 et 400°C, en présence d'hydrogène et d’au moins un catalyseur d’hydrotraitement, à une température comprise entre 200 et 450°C, sous une pression comprise entre 2 et 18 MPa, à une vitesse spatiale comprise entre 0,1 et 6 h-1 et à une quantité d’hydrogène introduite telle que le rapport volumique litre d’hydrogène/litre d’hydrocarbure soit compris entre 100 et 2000 L/L,e) une étape d’hydroisomérisation d’au moins une partie de l’effluent issu de l’étape d), en présence d'hydrogène et d’au moins un catalyseur d’hydroisomérisation comprenant au moins un métal noble ou non noble du groupe VIII choisi parmi le fer, le cobalt, le nickel, le ruthénium, le rhodium, le palladium et le platine et/ou au moins un métal du groupe VIB choisi parmi le chrome, le molybdène et le tungstène, seul ou en mélange et au moins une zéolithe choisie parmi les zéolithes Beta, ZSM-12, IZM-2, ZSM-22, ZSM-23, SAPO-11, ZSM-48, ZBM30, seules ou en mélange, ladite étape d) opérant à une température comprise entre 250 et480°C, sous une pression comprise entre 2 et 20 MPa, à une vitesse spatiale comprise entre 0,1 et 6 h1, et à une quantité d’hydrogène introduite telle que le rapport volumique litre d’hydrogène/litre d’hydrocarbure est compris entre 100 et 2000 L/L.
- 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le catalyseur utilisé dans l’étape a) d’hydrotraitement comprend au moins un élément des groupes VIB et VIII non noble, et un support amorphe choisi parmi l’alumine et la silice alumine.
- 3. Procédé selon les revendications 1 ou 2 dans lequel le catalyseur utilisé dans l’étape b) d’hydrocraquage comprend au moins un métal du groupe VIII choisi parmi le cobalt et le nickel et/ou au moins un métal du groupe VIB choisi parmi le molybdène et le tungstène et une zéolithe USY seule.
- 4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3 dans lequel l’étape b) d’hydrocraquage opère à une température comprise entre 320 et 450°C, sous une pression comprise entre 3 et 20 MPa, à une vitesse spatiale comprise entre 0,2 et 4 h-1, et à une quantité d’hydrogène introduite telle que le rapport volumique litre d’hydrogène/litre d’hydrocarbure est compris entre 200 et 2000 L/L.
- 5. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4 dans lequel, le procédé comprend une étape c) de fractionnement de l’effluent issu de l’étape b) en au moins un effluent comprenant les produits hydrocarbonés convertis ayant un point d’ébullition inférieur à 370°C, une fraction liquide légère non convertie ayant un point d’ébullition compris entre 370 et 420°C, et une fraction liquide lourde non convertie ayant un point d’ébullition compris entre 420°C et 560°C.
- 6. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5 dans lequel au moins une partie de la fraction liquide lourde non convertie ayant un point d’ébullition compris entre 420°C et 560°C est envoyée dans une autre unité de FCC, ou recyclée dans l’étape a) d’hydrotraitement placée en amont de l’étape b) d’hydrocraquage ou dans l’étape b) d’hydrocraquage.
- 7. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5 dans lequel au moins une partie de la fraction liquide lourde non convertie lors de la première étape b) d’hydrocraquage et ayant un point d’ébullition compris entre 420°C et 560°C est envoyée dans une deuxième étape f) d’hydrocraquage mise en œuvre, en présence d'hydrogène et d’au moins un catalyseur5 d’hydrocraquage, à une température comprise entre 250 et 480°C, sous une pression comprise entre 2 et 25 MPa, à une vitesse spatiale comprise entre 0,1 et 6 h-1 et à une quantité d’hydrogène introduite telle que le rapport volumique litre d’hydrogène/litre d’hydrocarbure soit compris entre 100 et 2000 L/L.
- 8. Procédé selon l’une des revendications 1 à 7 dans lequel l’étape d) d’hydrotraitement opère à10 une température comprise entre 250 et 450°C, sous une pression comprise entre 5 et 16 MPa, à une vitesse spatiale comprise entre 0,2 et 5 h'1, et à une quantité d’hydrogène introduite telle que le rapport volumique litre d’hydrogène/litre d’hydrocarbure est compris entre 300 et 1500 L/L.
- 9. Procédé selon l’une des revendications 1 à 8 dans lequel ladite charge liquide hydrocarbonée traitée dans l’étape d) en mélange avec l’effluent issu de l’étape c) est choisie parmi les charges15 liquides hydrocarbonées issues de la distillation directe d’un pétrole brut, les charges liquides hydrocarbonées issues d’une unité de cokéfaction, d'une unité de viscoréduction, d'une unité de vapocraquage d'une unité d’hydroconversion, d'une unité d’hydrotraitement et/ou d'une unité de craquage catalytique et une charge gazole issue de la conversion de biomasse, lesdites charges peuvent être prises seules ou en mélange.20
- 10. Procédé selon l’une des revendications 1 à 9 dans lequel l’étape e) d’hydroisomérisation opère à une température comprise entre 320 et 450°C, sous une pression comprise entre 3 et 16 MPa, à une vitesse spatiale comprise entre 0,2 et 3 h'1, et à une quantité d’hydrogène introduite telle que le rapport volumique litre d’hydrogène/litre d’hydrocarbure est compris entre 200 et 2000 L/L.
- 11. Procédé selon l’une des revendications 1 à 10 dans lequel les catalyseurs d’hydroisomérisation25 utilisés dans l’étape e) comprennent au moins un métal non noble du groupe VIII choisi parmi le fer, le cobalt, le nickel, le ruthénium, et/ou au moins un métal du groupe VIB choisi parmi le chrome, le molybdène et le tungstène, seul ou en mélange et au moins une zéolithe choisie parmi les zéolithes Beta, ZSM-12, IZM-2, ZSM-22, ZSM-23, SAPO-11, ZSM-48, ZBM-30, seules ou en mélange.
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2017
- 2017-09-29 FR FR1759122A patent/FR3071847A1/fr active Pending
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