Brevet FR2064372A1 — publié le 19710723

Les résidas de pétrole se composent de composants bitumineux et non-bitumineux, que l'on appelle, en général, bitume et huile non-bitumineuse. On sépare en général l'huile bitumineuse du bitume au moyen de solvants hydrocarbonés légers qui présen-5 tent une solubilité préférentielle vis-à-vis de l'huile non-bitumineuse. la séparation a lieu dans des dispositifs de contact qui permettent une mise en contact à contre-courant à stades multiples du solvant et du résidu de pétrole. Il existe toute une variété de matériel utilisé pour la séparation, par exemple des 10 appareils de décantation mélangeurs, des colonnes à chicanes, des contacteurs centrifuges, des colonnes à plateaux, et des agitateurs mécaniques, et l'on désigne en général, dans la technique, ce type de séparation par les termes suivants : débituminisation, décarbonisation, dérésinification ou désasphaltisation. la pré-15 sente invention peut être appliquée en liaison avec n'importe quelle variété de dispositifs de contact, tels que ceux cités plus haut, dans lesquels on peut effectuer la débituminisation. On utilisait jadis des solvants de débituminisation constitués par des hydrocarbures saturés ou éthyléniques renfermant 20 de deux à sept atomes de carbone. On choisit, en général, un solvant pour une opération de débituminisation particulière en se basant sur le rendement de débituminisation. Par exemple, on utilise couramment le propane lorsqu'on veut obtenir un rendement relativement faible en huile non-bitumineuse de faible viscosité, 25 tandis qu'on utilise couramment le butane pour des rendements supérieurs en huile non-bitumineuse plus visqueuse, et utilise des mélanges de propane et de butane pour des rendements intermédiaires en huile non-bitumineuse. La variation de la composition du solvant avec le rendement de débituminisation provient 30 de la caractéristique du solvant hydrocarboné léger, c'est-à-dire que, lorsque la densité du solvant hydrocarboné léger, augmente dans la solution reçoit davantage d'huile non-bitumineuse qui est progressivement plus aromatique et d'un poids moléculaire supérieur et, lorsque la densité de l'hydrocarbure léger diminue, 35 la solution reçoit progressivement de l'huile non-bitumineuse 70 37082 2 2064372 moins aromatique et de poids moléculaire inférieur. On peut, par conséquent, noter que, pour produire une quantité désirable d'huile non-bitumineuse, on doit régler la densité du solvant hydrocarboné léger. Il faut noter que l'on ne peut modifier la 5 température sans modifier nettement les caractéristiques physiques et que, lorsqu'on abaisse la température pour augmenter la quantité d'huile non-bitumineuse produite, la viscosité de la phase résiduelle de pétrole augmente rapidement, abaissant ainsi le coefficient de transfert de masse. Ainsi, la viscosité de la 10 phase résiduelle de pétrole devient, en pratique, si élevée qu'elle approche l'état solide, et il devient impossible d'extraire l'huile non-bitumineuse. Par conséquent, pour surmonter cette difficulté, on a.utilisé différentes compositions de solvant, la pression étant réglée à la limite supérieure de l'appa-15 reillage et maintenue constante. On choisit en général la composition du solvant hydrocarboné léger de façon que, pour le rendement de débituminisation désiré, la température produise une phase résiduelle de pétrole d'une viscosité suffisamment masse pour permettre un rapport de transfert de masse acceptable. 20 Bien qu'on puisse voir qu'il est important de modifier la composition du solvant, cela ne s'est jamais avéré complètement satisfaisant. Ainsi, lorsqu'on utilise du propane pur, celui-ci produit, en général des températures trop basses et, lorsqu'on utilise du butane pur, celui-ci produit en général des 25 températures trop élevées, ladite température élevée étant limitée aux niveaux pouvant économiquement être obtenus à partir de la vapeur d'eau. Il en a résulté des mélanges de propane et de butane qui ne - ..:>t pas, non plus, avérés complètement satisfaisants, car le butane est constamment éliminé .par contamination 30 dans le mélange d'huile non-bitumineuse et de bitume épuré. Par conséquent, le maintien d'une composition de solvant hydrocarboné léger fixe présente un problème continuel de remplacement des pertes de butane, et il est très difficile d'apporter des modifications importantes à la composition de l'hydrocarbure 35 léger solvant, qui sont dictées par la modification du rendement de débituminisation, à cause de la grande quantité de solvant 70 37082 3 2064372 associée en général avec les appareils de débituminisation industriels. Selon l'invention, on a trouvé que les alcanes, tels que l'éthane, le propane, le butane, le pentane, l'hexane et l'hepta-5 ne ainsi que les alcènes tels que l'éthylène, le propène, le butène, le pentène, l'hexène et l'heptène, couramment utilisés comme solvants dans la débituminisation des résidus de pétrole présentent, en plus de leur caractéristique bien connue de rejeter les hydrocarbures de poids moléculaire élevé sur la base de la 10 dimension moléculaire, la propriété de rejeter les hydrocarbures aromatiques de poids moléculaire élevé, de préférence aux hydrocarbures non-aromatiques (paraffines-naphtalènes) du même poids moléculaire. On a trouvé, en outre, que la séparation était très précise lorsqu'elle était accomplie avec ces hydrocarbures légers 15 dans les conditions opératoires appropriées. On avait coutume, dans l'opération de débutiminisation, d'utiliser un serpentin à vapeur au sommet de la colonne de contact, pour provoquer un reflux thermique. En conséquence, l'augmentation de la température du matériau au sommet de la colonne 20 de contact provoque la diminution de la densité et la réjection d'une partie de la matière hydrocarbonée. On peut entièrement éliminer une opération de reflux açarée provoquée theriniquement, selon l'invention, en introduisant un solvant de poids moléculaire élevé sous la charge et un solvant de poids moléculaire 25 peu élevé au-dessus de la charge. De cette façon, il est possible d'obtenir le reflux sur toute la hauteur de la colonne elle-même, éliminant ainsi la nécessité d'une section de chauffage au sommet de la colonne. On introduit le solvant lourd par le bas de la colonne, car il est souhaitable de mettre davantage de matière en 30 solution en ce point, et utilise un solvant de poids moléculaire élevé pour mettre en solution une plus grande quantité de matière. Il est souhaitable, au sommet de la colonne de rejeter de la matière, à quoi l'on parvient en introduisant un solvant léger. Selon l'aspect ayant trait à l'appareillage de l'inven-35 tion, une colonne de contact, destinée à séparer un résidu de 70 37082 4 2064372 pétrole renfermant la charge en bitume et huile non bitumineuse, est constituée par une colonne allongée comportant une chambre interne» Plusieurs anneaux de stator annulaires sont montés dans la chambre interne pour former une série de compartiments dispo-5 sés verticalement, et un rotor comportant une série de lames est monté d'ans la chambre interne de telle façon que chacune des lames de rotor soit disposée dans chacun des compartiments. On prévoit des moyens pour transporter la charge dans l'un des compartiments. Pour transporter du solvant de poids moléculaire 10 élevé dans l'un des compartiments, on prévoit des moyens au-dessous du compartiment recevant la charge. Le salvant de poids moléculaire élevé est constitué par un hydrocarbure choisi dans le groupe comprenait les- alcanes et les alcènes comportant de trois à sept atomes de carbone inclusivement. Pour transporter 15 un solvant de poids moléculaire peu élevé dans l'un des compartiments, on prévoit des moyens au-dessus du compartiment recevant la charge. Le solvant de poids moléculaire peu élevé est constitué par un hydrocarbure choisi dans le groupe comportant de deux à six atomes de carbone inclusivement et des mélanges de 20 ceux-ci, et comportant au moins un atome de carbone de moins que le solvant de poids moléculaire élevé. De cette façon, le solvant de poids moléculaire élevé met une partie relativement grande de l'huile non-bitumineuse en solution au bas de la chambre interne et, à cause de sa faible densité, le solvant de poids mo-25 léculaire peu élevé rejette une partie de l'huile non bitumineuse de façon à provoquer le reflux à la partie supérieure de la colonne. Selon l'aspect opérationnel de l'invention, on prévoit un procédé de séparation d'un résidu de pétrole contenant une char-30 ge en bitume et en huile non-bitumineuse dans une colonne de contact. Le procédé comprend les étapes suivantes : on transporte la charge dans la tour de contact ; on transporte un solvant de poids moléculaire élevé dans l'un des compartiments qui se trouve au-dessous du compartiment recevant la charge et l'on transporte 35 un solvant de poids moléculaire peu élevé dans l'un des compar 70 37082 5 2064372 timents qui se trouve au-dessus du compartiment recevant la charge. Les solvants lourd et léger présentent des structures moléculaires selon la description donnée - lus haut» La description détaillée qui va suivre, et les dessins 5 annexes donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure unique représente schématiquement une colonne de contact. 10 En se référant à présent spécifiquement un dessin, celui- ci représente sur la figure 1 une colonne de contact 10 destinée au traitement de résidu de pétrole contenant une charge désignée par la lettre F. La colonne de contact 10 est conformée en colonne allongée comportant une chambre interne 12 délimitée par une 15 paroi cylindrique 14, une paroi inférieure 16 et une paroi supérieure 18. Plusieurs anneaux de stator 20 sont montés dans une chambre interne 12 sur une paroi cylindrique 14 pour former une série de compartiments, 22 disposés verticalement dans la chambre interne 12. Une grille adoucissante supérieure 24 et une grille -20 adoucissante inférieure 26 sont montées sur la paroi cylindrique 14 et des ensembles de support 28 sont fixées à ces grilles. Un rotor 30 est monté rotatif dans les ensembles de support 28 ; il comprend un arbre 32 et une série de lames mobiles 34 montées suivant la longueur de l'arbre. Chacune des lames mobiles 34 est 25 située dans l'un des compartiments 22, de façon à être disposées au milieu suivant la longueur des compartiments 22„ Un moteur à vitesse variable 36 est accouplé à l'arbre 32 pour faire tourner les lames 34. On introduit la charge F dans l'un des compartiments 22 30 au moyen d'un conduit 38 ; un solvant hydrocarboné de poids moléculaire élevé, désigné par H, est introduit dans l'un des compartiments 22 situé du compartiment recevant la charge F, au moyen d'un conduit à solvant 40 ; un solvant hydrocarboné de poids moléculaire peu élevé, désigné par L, est introduit dans 35 l'un des compartiments 22 situé au-dessus du compartiment rece 70 37082 6 2064372 vant la charge P. Pour permettre une certaine souplesse à la génération du reflux, on prévoit un réseau de solvant de poids moléculaire peu élevé 42, qui comprend trois conduits de solvant de poids molécu-5 laire peu élevé 43, 44 et 46, dont chacun comporte une soupape 48 pour permettre un réglage aux conditions de fonctionnement optimales. Après l'établissement du fonctionnement optimal, on ferme aeox dés soupapes 48 et met en fonctionnement le conduit de poids. moléculaire peu élevé optimum. 10 Le solvant de poids moléculaire élevé est constitué par un hydrocarbure choisi dans le groupe des alcanes et des alcènes comportant inclusivement trois à sept atomes de carbone, et des mélanges de ces hydrocarbures. Le solvant de poids moléculaire peu élevé est constitué par un hydrocarbure choisi dans le groupe 15 comprenant les alcanes et les alcènes comportant inclusivement deux à six atomes de carbone, et des mélanges de ces hydrocarbures. Le solvant de poids moléculaire inférieur L comporte au moins un atome de carbone de moins que le solvant de poids moléculaire élevé H. 20 On retire une solution S de solvant et d'huile non-bitu mineuse de la chambre interne 12 au moyen d'un conduit de solution 50 relié à la paroi supérieure 18, et ledit conduit 50 atteint un système de récupération qui n'est pas représenté sur les dessins. Un conduit mixte de solvant et de bitume 52 est relié à la paroi 25 inférieure 16 pour transporter le mélange solvant-asphalte M dans un système de récupération qui n'est pas représenté sur les dessins. Selon les aspects méthodologiques de l'invention, la charge de pétrole F est transportée dans l'un des compartiments 22 de 30 la chambre à combustion interne 12 pour effectuer une séparation permettant d'éliminer le bitume. Le solvant de poids moléculaire élevé H est transporté dans 1'un des compartiments 22 situé dans la partie inférieure de la chambre interne 12 au-dessous du compartiment 22 qui reçoit la charge F. Le solvant de poids molécu-35 laire peu élevé L est transporté dans l'un des compartiments 22 70 37082 7 2064372 dans la partie supérieure de la chambre interne 12 au-dessus du compartiment 22 recevant la charge P. Le solvant de poids moléculaire élevé H dissout plus de matière que le solvant de poids moléculaire inférieur L à n'importe quelle température donnée» De 5 cette façon, la purification tout comme la rectification sont réalisées dans la chambre interne 12® La purification provoque le transfert de l'huile de la charge P dans le solvant de poids moléculaire supérieur H. La rectification aboutit à l'échange d'huile entre le solvant lourd qui monte K et le reflux descendant 10 Ainsi donc, on utilise le solvant de poids moléculaire supérieur H dans la section de purification de bitume de la colonne de contact 10, et le solvant de poids moléculaire inférieur L dans la section de rectification de l'huile non-bitumineuse de ladite colonne 10. L'utilisation des deux solvants de cette façon aboutit 15 à une souples e en ce qui concerne la consommation totale de solvant, ainsi qu'à une purification et une rectification améliorées. Selon l'invention, on introduit le solvant de poids moléculaire supérieur H et le solvant de poids moléculaire inférieur L dans la partie de colonne 10 pour réaliser les conditions opé-20 ratoires optimales. Ainsi, l'on introduit le solvant L au sommet de la chambre interne 12, ce qui aboutit à une réfection de matière, et le solvant H par le bas de la chambre interne 12 pour mettre en solution une quantité de matière relativement plus élevée. 25 II faut noter que différents éléments bien connus dans la technique de débutiminisation et qui ne sont pas essentiels dans la présente invention, n'ont pas été représentés sur le dessin. Ainsi n'a-t-on pas représenté les moyens de récupération de l'huile non-bituminée, du bitume et des solvants, ainsi que les moyens 30 de chauffage, réfrigération et pompage pour réaliser les conditions opératoires optimales dans la colonne de contact 10« Il résulte de ce qui précède que le procédé et l'appareil de débituminisation par solvants selon 1'invention aboutissent à une dispersion uniforme dans une opération d'extraction à contre 35 courant à plusieurs stades, de sorte que le solvant lourd H met 70 37082 8 2064372 une partie de matière relativement importante en solution dans la partie inférieure de la chambre interne 12» Les exemples qui suivent permettent de décrire et illustrer plus clairement les avantages de l'invention. 5 TEMPLE 1 TABLEAU 1 Résidu sous vide de Koweit Contrôle • . G-ravité, °API 8 Viscosité, *SSU à 99°C . Résidu carbone Ramsbottom poids . Nickel, millionièmes • Vanadium, millionièmes Le tableau 1 présente les propriétés physiques d'un échantillon de résidu sous vide provenant de pétrole brut du 10 Koweit• On traite cet échantillon de résidu de pétrole dans un appareil de débituminisation à bombe de laboratoire pour montrer en détail l'action des solvants de poids moléculaire élevé et v de poids moléculaire peu éleve, lorsqu'on les applique à un résidu de pétrole selon les techniques conformes à l'invention. 6,7 8420 21 30 100 70 37082 9 2064372 EXEMPLE 2 TABLEAU 2 Opération 1. Purification 2. Rectification Charge Résidu sous vide du Koweit Phase solvant-huile extraite provenant de l'opération 1 o Conditions de fonctionnement : 538 °C Type de solvant 65io C3/ 35i C4 80 i c5 / 20 ia c4 Traitement du solvant io vol. sur charge résidu sous vide 42 42 Pression bombe,hg/cm2 42 42 Température bombe °C 74 74 Produits libres du solvant Huile Bitume extraite rejeté Huile non bitumineu Huile se extrai rejetée te Rendements : i vol. sur charge résidu sous vide 35,96 64,04 21,40 14,56 Contrôles : . Gravité, API 18,3 1,1 20,3 15,3 . Densité, 15,6/15,6°C 0,9446 1,0671 0,9321 0,9639 . Viscosité, SSU à 99°C262,4 178 478 . Résidu carbone Ramsb io poids V 3,16 1,69 • Couleur, iiSTM 5,50 6,0 . Nickel, millionièmes 0,7 . Vanadium, millionièmes 1,3 . Point de ramollissement, H & B, °C 0,2 0,5 71 70 37082 10 2064372 Le tableau 2 montre les conditions de fonctionnement et les résultats de cette opération de laboratoire. La séquence de fonctionnement est la suivante : 1. On charge la bombe avec l'échantillon de résidu sous vide du 5 Koweit." 2. On charge la bombe de solvant de poids moléculaire supérieur pour traiter le solvant comme sur le tableau 2, opération 1. 3. On amène la bombe à la température de fonctionnement, telle que sur le tableau 2, opération 1. 10 4. On agite le contenu'de la bombe jusqu'à l'équilibre,, 5» On laisse les phases contenues dans la bombe se séparer complètement. 6. On retire la phase d'huile extraite de la bombe et élimine le solvant. 15 7. On retire la phase bitumineuse de la bombe et élimine le solvant. 8. On recharge la bombe avec la portion de l'huile librement extraite du solvant à partir du stade 6„ 9. On charge la bombe du solvant de poids moléculaire élevé 20 pour obtenir le même rapport solvant/huile que laphase d'hui le extraite présente dans la bombe après retrait de la phase bitumineuse dans le stade 6. 10. On charge la bombe du solvant de poids moléculaire inférieur pour traiter le solvant comme survle tableau 2, opération 2. 25 11. On recommande les stades 3, 4 et 5. 12. On retire la phase d'huile non-bitumineuse de la bombe et élimine le solvant. 13. On retire la phase d'huile rejetée de la bombe et élimine le solvant. 30 Le résultat de cette suite d'opérations démonte de façon concluante l'action purificatrice du solvant de poids moléculaire supérieur et la génération de reflux par le solvant de poids moléculaire inférieur. Cette action des deux solvants qui vient d'être démontrée constitue la base de l'invention. Il est important de 35 noter que le reflux (l'huile rejetée) a été provoqué, bien que la 70 37082 n 2064372 suite d'opérations ait été isothermique. Avec un seul solvant, il n'y aurait pas pu avoir de reflux (huile rejetée) dans cette suite d'opérations. Il va de ai que l'on peut apporter de nombreuses modifications de détail aux modes d'exécution décrits et illustrés, sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention. 70 37082 12 2064372 REVENDICATIONS 1. Procédé de séparation d'un résidu de pétrole contenant une charge en bitume et huile non-bitumineuse, dans un appareil de contact, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il cooir- 5 prend les stades suivants : on transporte la charge dans l'appareil de contact : on transporte un solvant de poids moléculaire élevé dans ledit appareil de contact à un niveau inférieur au niveau de ladite charge, ledit solvant de poids moléculaire élevé étant choisi dans le groupe comprenant les 10 alcanes et les alcènes comportant trois à sept atomes de car bone inclusivement et des combinaisons de ces carbures ; on transporte un solvant de poids moléculaire peu élevé dans ledit appareil de contact à un niveau supérieur au niveau de la charge, ledit solvant de poids moléculaire inférieur étant 15 choisi dans le groupe comprenant les alcanes et les alcènes comportant deux à six atomes de carbone inclusivement et des combinaisons de ceux-ci et comportant au moins un atome de carbone de moins que ledit solvant de poids moléculaire supérieur ; et l'on agite ladite charge et lesdits solvants dans 20 l'appareil de oontact, de sorte que le solvant de poids molé culaire supérieur met une partie relativement grande d'huile v non-bitumineuse en solution au fond dudit appareil de contact tandis que le solvant de poids moléculaire inférieur entraîne une partie relativement faible de l'huile non-bitumineuse en 25 solution au sommet dudit appareil de contact. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend le stade suivant : on retire dudit appareil de contact le bitume et l'huile non-bitumineuse en même temps que le solvant qui leur est associé. 30 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend le stade consistant à chauffer la partie interne de l'appareil de contact pour provoquer des variations du profil de température dans cet appareil. 70 37082 13 2064*372 4. Procédé selon la 'revendication 1 , caractérisé en ce que le solvant de pdds moléculaire supérieur présente un poids moléculaire de 52 à 100, tandis que le solvant de poids moléculaire inférieur présente un poids moléculaire inférieur 5 de 14 à 42 à celui dudit solvant de poids moléculaire supé rieur. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que il comprend le satade consistant à recycler le solvant dans ledit appareil de contact0 10 6. Procédé selon la revendication-1, dans lequel ledit appareil de contact est une colonne de contact comportant une chambre interne comprenant une section de purification et une section de rectification, caractérisé en ce que la charge est transportée dans la chambre interne, le solvant de poids molécu-15 laire supérieur est transporté dans la section de purifica tion, le solvant de poids moléculaire inférieur est transporté dans la section de rectification, et la charge est agitée, en même temps que le solvant, dans ladite chambre interne. 7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit appareil 20 de contact est une colonne de contact comportant une chambre interne, une série de compartiments disposés verticalement dans la chambre interne et un rotor comportant une série de lames disposées dans chacun desdits compartiments, caractérisé en ce que la charge est transportée dans l'un des compar-25 timents ; le solvant de poids moléculaire supérieur est transporté dans l'un des compartiements qui se trouve au-dessous du compartimment recevant la charge, le solvant de poids moléculaire inférieur est transporté dans l'un des compartiments qui se trouve au-dessus du compartiment recevant 30 la charge, et la charge est agitée en même temps que le sol vant dans ladite chambre interne. 8. Appareil de contact destiné à séparer un résidu de pétrole contenant une charge en bitume et huile non-bitumineuse, caractérisé en ce qu'il comprend une colonne allongée com- 35 portant une chambre interne, des moyens pour transporter la 70 37032 14 2064372 dite charge dans ledit solvant carboné dans ladite chambre interne située au-dessous du niveau de la charge, le solvant hydrocarboné de poids moléculaire supérieur étant choisi dans le groupe comprenant des alcanes et alcènes comportant de trois à sept ato-5 mes de carbone inclusivement et des combinaisons de ces carbures, des moyens pour transporter un solvant hydrocarboné de poids moléculaire inférieur dans ladite chambre interne située au-dessus au niveau de la charge, ledit solvant de poids moléculaire inférieur étant choisi dans le groupe comprenant les alclanes et al-10 cènes comportant trois à six atomes de carbone inclusivement et une combinaison de .ces carbures, ledit solvant de poids moléculaire inférieur comportant au moins un atome de carbone de moins que ledit solvant de poids moléculaire supérieur, et des moyens pour agiter la charge et les solvants, de sorte que ledit solvant 15 hydrocarboné de poids moléculaire supérieur met une partie rela--tivement grande de l'huile non-bitumineuse en solution au bas de la chambre interne -et que le solvant hydrocarboné de poids moléculaire inférieur met une partie relativement faible de l'huile non-bitumineuse en solution ausommet de ladite chambre interne. 20 9. Appareil de contact selon la revendication 8, caractérisé en ce que le solvant de poids moléculaire supérieur présente un poids moléculaire de 52 à 100 et en ce que le solvant de poids moléculaire inférieur présente un poids moléculaire de 14 à 42 de moins que le solvant de poids moléculaire supérieur. 25 10oAppareil de contact selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte une colonne de contact comportant plusieurs anneaux de stator annulaires montés dans ladite chambre interne pour former une série de compartiments disposés verticalement, un rotor comprenant un arbre monté rotatif dans ladite chambre 30 interne et plusieurs lames de rotor montées sur ledit arbre, de façon que chacune d'elles soit disposée dans chacun desdits compartiments, lesdits moyens pour transporter la charge aboutissant dans l'un des compartiments , lesdits moyens pour transporter le solvant hydrocarboné de poids moléculaire supérieur aboutissant dans 1'un des compartiments qui se trouve au-dessous du 70 37082 15 2064372 compartiment qui reçoit la charge, lesdits moyens pour transporter ledit solvant hydrocarboné de poids moléculaire inférieur aboutis sant dans l'un des compartiments gui se trouve au-dessus du compartiment qui reçoit la charge.