Brevet FR2115334A1 — publié le 19720707

4i 80'! 1 21Î5334 Lr prisent? invention est relative à an procédé de séparation le l'effiusnt d'une réaction de traitement par l'hydrogène à température élevée et à haute pression telle qu'une réaction d'hydrocraquage. Plus particulièrement, la présente invention est relative à 5 un procédé de séparation d'hydrogène très pur d'un effluent d'une réaction de traitement par l'hydrogène à température élevée et à haute pression. Les réactions de traitement par l'hydrogène telles que les réactions d'hydrocraquage, d'hydrotraitement et d'hydroraffinage sont de-10 venues des procédés importants dans l'industrie du raffinage du pétrole. Par exemple, toutes les raffineries modernes contiennent des installations d'hydrocraquage dans lesquelles des hydrocarbures de haut poids moléculaire sont convertis en produits saturés bouillant-plus bas utilisables comme combustibles, ou des installations d'hy-15 drotraitement dans lesquelles les impuretés soufrées et azotées indésirables sont séparées d'une charge.hydrocarboaée. Ces réactions de traitement par l'hydrogène sont notamment de nature catalytique et utilisent de l'hydrogène relativement pur en quantités considérables, dans des conditions de réaction à tempéra-20 ture élevée et à haute pression. A la fin d'une réaction donnée, on est en présence d'un système en phases aéJangées gazsase -liquide contenant de l'hydrogène» des composés normalement gaseux ainsi que des hydrocarbures normalement liquides, système dont on doit séparer de l'hydrogène relativement pur (ayant par exemple une pureté de 80fô3 en 25 volume) à faire recycler vers la réaction.- Ce recyclage d'hydrogène relativement pur, en quantités maximales et à haute pression est important car une raffinerie possède rarement une capacité suffisante en hydrogène (c'ast-à-dire jusqu'à environ. 8900 volumes par volume de charge traitée) et es compresseurs pour effectuer une réaction de 30 traitement par 1'hydrogène sur la base d'usé utilisation de l'hydrogène ne faisant appel à aîiettn recyclage. C'est ainsi que des techniques ont été laissa au point pour séparer et recueillir l'hydrogène à partir 1*effluent de produit de réaction, sous forme relativement pure efc ea quantités maximales, recyclable vers la réaction de 35 traitement par 1 nydrogèae. Il est nécessaire de disposer d'hydrogène relativement très par afin d'éviter des effets secondaires nuisibles dans la réaction ainsi que la contamination de produite L'une des techniques les plus utilisées pour séparer l'hydrogè 71 41801 2 2115334 ne d?un effluent en phases mélangées provenant d'une réaction de traitement par l'hydrogène à température élevée et à haute pression, par exemple d'une réaction d'hydrocraquage dans laquelle l'hydrogène doit être recyclé, consiste à-séparer l'effluent, dans une première 5 zone de séparation, dans des conditions de pression et de température à peu près identiques à celles de la réaction, afin d'obtenir une 'phase vapeur (i) et une phase liquide (l). La phase vapeur (I) est ensuite refroidie jusqu'à une température d'environ 16 à 60°C, et la vapeur refroidie est séparée dans une deuxième zone de sépa-10 ration, en une phase vapeur riche en hydrogène (II) et une phase liquide (il)» Pour maintenir le degré de pureté de l'hydrogène, la phase liquide (il) est ensuite séparée sous une pression sensiblement réduite et une partie au moins du liquide résultant est renvoyée par recyclage vers la deuxième zone de séparation. La phase liquide (l) 15 est séparée dans une troisième zone de séparation, à une température à peu prha identique à celle de la première zone de séparation, mais à une pression sensiblement réduite, afin d'obtenir une phase liquide (III) et une phase vapeur (III). Cette phase vapeur (III) est ensuite refroidie et réunie à la phase liquide (il) et séparée dans 20 une quatrième zone de séparation, à une température d'environ 16 à 60°C, donnant ainsi une phase vapeur (IV) et une phase liquidé (IV). De manière caractéristique, le seul hydrogène présent dans l'effluent initial de la réaction, qui est séparé et renvoyé par recyclage vers la réaction, est celui recueilli dans la phase vapeur (il). Toutefois, 25 la phase liquide (i) contient des quantités notables d'hydrogène en solution qui sont séparées du procédé dans la phase vapeur (IV), en mélange avec des hydrocarbures normalement gazeux tels que le méthane, l'éthane et le propane et autres composés gazeux engendrés par les impuretés de la charge, tels que l'ammoniac et l'hydrogène sulfu-30 ré. Cet hydrogène dans la phase vapeur (IY) est à une pression sensiblement réduite et doit être fortement recomprimé pour être renvoyé par recyclage vers la zone de réaction. En outre, ce courant est habituellement traité, avant recompression, de maniéré à améliorer son degré de pureté. La phase vapeur (IV) est souvent évacuée ou brûlée 35 comme combustible et la valeùr chimique de lfhydrogène est perdue. Ce procédé typique de séparation selon les techniques antérieures est illustré dans le brevet des E.U.À. No. 3.371.029 de Veiland. La présente invention a pour but de fournir un procédé de sépa 71 41801 3 2115334 ration d'un système à jhasesgazeuse-liquide mélangées, p-oduit dans une zone de réaction de traitement par l'hydrogène à température élevée et haute pression. Plus particulièrement, la présente invention a pour but de four-5 nir un procédé de séparation d'un système àjiiases nélagées gazeuse—liquide provenant d'une réaction de traitement par l'hydrogène à température élevée et haute pression, de manière à fournir une quantité maximale d'hydrogène haute pression très pur recyclable vers une zone de réaction de traitement par l'hydrogène. 10 On a découvert qu'en refroidissant le liquide produit dans la zone de séparation haute pression et à température élevée utilisée dans un dispositif haute pression de traitement par l'hydrogène (c'est-à-dire comme décrit dans le brevet des E.U.A. No. 3.371.029), en utilisant une pression élevée relativement identique, on obtient 15 une phase d'hydrogèfae très pur utilisable aux fins de recyclage ou autres, sans qu'il soit nécessaire de faire appel à une recompression importante. Ce résultat peut être obtenu car l'hydrogène est plus soluble dans la plupart des hydrocarbures, et particulièrement dans les fractions de pétrole bouillant à une température égale ou supéri-20 eure à environ' 204°C, à température élevée qu'à basse température. Ceci est exactement l'inverse de la solubilité de la plupart des gaz dans les liquides pour lesquels, d'une façon générale, la solubilité est inversement proportionnelle à la. température. 25 se un procédé de séparation de 1'effluent d'une zone de réaction de traitement par l'hydrogène à température élevée et haute pression, résultant de la conversion d'une charge hydrocarbonée» Cet effluent de produit est caractérisé comme un système à jfaàses mélangées gazeuse-liquide contenant de l'hydrogène, des hydrocarbures normalement liqui-30 des ainsi que des constituants normalement gazeux. Cette séparation est réalisée en séparant tout d'abord 1'effluent de produit dans une première zone de séparation maintenue à une température élevée et sous une pression à peu près identique à celle de la zone de réaction de traitement par l'hydrogène. De manière représentative, les condi-35 tions, dans la zone de réaction de traitement par l'hydrogène, comprennent une température d'environ 316 à 510°C et une pression d'environ 69 à 239 atmosphères. En outre, la première zone de séparation est de préférence maintenue à une température inférieure à 454°C en- En conséquence, selon un de ses aspects , l'invention vi- 71 41801 4 2115334 vieon et, mieux, d'environ 371 à 427°C. Sont produites dans cette première zone de séparation une première phase liquide et une première phase vapeur. Cette phase vapeur produite dans la première zone de séparation est ensuite refroidie,à une pression à peu près identi-5 que à celle delà première zone de séparation,jusqu'à une température d'environ 10 à 93°C et, mieux, à une température d'environ 24 à 66°C. Cette phase vapeur refroidie est ensuite séparée, dans une deuxième zone de séparation maintenue sous une pression à peu près identique à celle de la première zone de séparation, en une deuxième phase 10 vapeur riche en hydrogène et une deuxième phase liquide. Pour assurer l'obtention d'une deuxième phase vapeur ayant un hydrogène pur à au moins 80$, en volume, on sépare ensuite la deuxième phase liquide, sous une pression sensiblement réduite, et on obtient ainsi une phase liquide qu'on fait recycler vers et mélange avec la phase vapeur 15 refroidie qu'on fait passer vers la deuxième zone de séparation. Ce liquide de recyclage sert à éliminer "par lavage" certaines des impuretés qui, sinon, se trouveraient dans la deuxième phase vapeur. Une partie au moins de la première phase liquide produite dans la première zone de séparation est refroidie à une température d'envi-20 ron 10 à 149°C et, mieux, d'environ 24 à 66°C, et sous une pression à peu près identique à celle de la première zone de séparation. Cette première phase liquide refroidie est ensuite séparée, dans une troisième zone de séparation sous une pression à. peu près identique à celle de la première zone de séparation, en une troisième phase va-25 peur riche en hydrogène et une troisième phase liquide. On peut éventuellement séparer cette troisième phase liquide dans une quatrième zone de séparation maintenue à une température à peu près identique à celle de la troisième zone de séparation mais sous une pression sensiblement réduite, afin d'obtenir une quatrième phase liquide con-30 tenant des hydrocarbures normalement liquides et une quatrième phase vapeur contenant des constituants normalement gazeux. Les réactions de traitement par l'hydrogène qui sont particulièrement préférables sont les réactions d'hydrocraquage ou d'hydrotraitement d'un distillât bouillant dans une gamme d'environ 204 à 593°C, ou d'un résidu à 35 base de pétrole dont au moins 10$ en volume bouillent à 566°C environ. Selon un mode de mise en oeuvre plus apprécié, plus limité, la présente invention vise un procédé d'hydrocraquage catalytique d'une charge hydrocarbonée bouillant au-dessus de 204°C environ, par une 71 41801 5 2115334 j ja'.: sir,isoa de plusieurs étapes* L'hydrocarbure est tout deabord mie an contact, dans une zone d'hydrocraquage eatalyiique, avec âe l'hy-= drogène dont une partie au moins a été fournie par un courant de recyclage d'hydrogène particulier et avec un catalyseur d'hydrocraqua-5 ge, dans des conditions d'hydrocraquage. Ces conditions d'hydrocraquage comprennent: une pression d'environ 69 à 239 atmosphères, une température d'environ 316 à 510°C et un rapport kydrogène/hydroeas'-bure d'environ 89 à 8900 volumes par volume. L'effluent résultant de la zone de réaction d'hydrocraquage est séparé, cieas une première 10 zone de séparation maintenue à une température élevée et sons une pression à peu près identique à celle de la zone de réaction d'hydrocraquage, donnant une première phase liquide et une preaiëre phase vapeur. Il est préférable que cette première zone de séparation soit maintenue à une température inférieure à environ 454°G et, sioug, 15 à une température d'environ 371 à 427°C. La phase vapeur provenant de cette première zone de séparation est refroidie à une température £L* environ 24 à 66°C et est ensuite séparée, dans une deuxième zone de séparation maintenue sous une pression à peu près identique à celle de la première zone de séparation , en une deuxième phase vapeur ri— 20 che en hydrogène et une deuxième phase liquide. Une partie au moins de la première phase liquide est refroidie à une température d'environ 10 à 149°C, puis est séparée, sous une pression à peu près identique à celle de la première zone de séparation, dans une troisième zone de séparation, en une troisième phase vapeur riche en hydro-25 gène et une troisième phase liquide. Une partie au moins de la deuxième phase vapeur riche en hydrogène eVca® partie au moiss de la troisième phase vapeur richs en hydrogène sont recyclées, à titre de l'hydrogène de recyclage ps'éeitéj vers la caae d'hydrocroquage eata-lytique. Les charges préférées sent un distillât bouillant dans «ne 30 gamme de 204 à 593°C environ, ou un résidu dont 10$ au moins, en volume, bouillent au-dessus de 566°C. Dans ce kode de mise en oeuvre relatif à un hydroaxaquage, la troisième phase liquide peut ensuite être séparée, dans une quatrième zone de séparation maintenue à une température à peu près égale à celle de la troisième zone de sepa-35 ration, mais sous une pression sensiblement réduite, en une quatrième phase liquide et ua.e quatrième phase vapeur. De manière typique^ la quatrième phase liquide contient des hydrocarbures normalement liquides, soit tels que produits au cours d© la réaction,soit 71 41801 6 2115334 les hydrocarbures non convertis Uttu* la réaction. La quatrième phase vapeur contient des composés normaleaient gazeux tels que le méthane, l'éthane et le propane ainsi que «oui hydrogène sulfuré ou ammoniac produits par des impuretés de la charge hydrocarbonée. 5 D'autres buts, avantages et caractéristiques de 1'invention ap paraîtront dans la description détaillée qui va suivre. Le procédé de séparation selon la présente invention est applicable à tout processiB Sans lequel on utilise de l'hydrogène en quantités considérables, à température élevée et haute pression, et dans 10 lequel on produit un effluent à jhwiBgazaise-liqaide mélangées, qu'il soit de nature consommatrice d'hydrogène ou productrice d'hydrogène. Le procédé selon la présente invention est particulièrement utilisable lorsqu'une charge d'hydToearbures normalement liquides est traitée par l'hydrogène à température élevée et haute pression afin de 15 produire un système à phases gazeuse-liquide mélangées contenant des hydrocarbures normalement liquides, de l'hydrogène et des composés normalement gazeux. Par "traitement par 1' hydrogène" on entend tout traitement d'une fraction d'hydrocarbure ou de pétrole sous pression élevée, impliquant une consommation d'hydrogène par la fraction d* 20 hydrocarbure ou de pétrole. En outre, les expressions "température élevée", "haute pression ","température relativement élevée" et "relativement haute pression" désignent ici une pression supérieure à 69 atmosphères environ , et particulièrement une pression d'environ 69 à 239 atmosphères, et une température supérieure à. 316°C environ, 25 et particulièrement une température d'environ 371 à 510°C. C'est ainsi qu'un hydrocraquage impliquant une réduction substantielle (c'est-à-dire de 50%, ou plus) de la dimension moléculaire de la charge hydrocarbonée avec une consommation d'hydrogène d'environ 178 à 534 vo— lunes par volume de charge, qu'un hydrotraitement impliquant la sépa-30 ration d'impuretés telles que le soufre et l'azote avec peu de réar-rangeaent moléculaire ou de réduction de dimension moléculaire, ou qu'un hydroraffinage impliquant un traitement par l'hydrogène et une proportion mineure (c'est-à-dire de 10%, ou moins) d'hydrocraquage, sont tous englobés dans l'expression générale de "traitement par 1* 35 hydrogène" telle qu'utilisée dans la présente invention. Toutefois, l'invention convient particulièrement aux opérations d'hydrocraquage. Les hydrocarbures entrant dans le cadre de la présente invention sont très variables, et englobent une espèce hydrocarbonée relative- bad original 71 41801 7 2115334 ment pure, un mélange d'hydrocarbures, ou un hydrocarbure ou mélange d'hydrocarbures contenant des impuretés. Le procédé de séparation selon la présente invention convient particulièrement aux systèmes hydrocarbonés dans lesquels l'hydrogène est très soluble à température 5 élevée et haute pression. C'est ainsi que des réactions d'isomérisa-tion à température élevée et haute pression telles celles mettant en jeu des composés alcoyl aromatiques (c'est-à-dire des composés aromatiques en Cg) ou des hydrocarbures paraffiniques de bas poids moléculaire (c'est-à-dire des alcanes de C^ à C^.) entrent dans le ca-10 dre général de la présente invention. La présente invention convient particulièrement à une opération d'hydrocraquage et s'applique à 1'hydrocraquage de charges hydrocarbonées provenant du pétrole ou du charbon. Sont particulièrement préférables les charges hydrocarbonées bouillant au-dessus de 204°C en-15 viron, qu'il s'agisse de distillats ou de résidus, par exemple d'un distillât bouillant entre 204 et 593°C environ ou d'un résidu dont 10% au moins, en volume, bouillent au-dessus de 566°C. La présente invention convient particulièrement à la conversion de substances carbonées lourdes classées, d'une façon générale, comme étant des 20 huiles noires, particulièrement les huiles noires extraites de sables asphaltiques, de bruts étêtés ou réduits, de résidus, etc.. Ces huiles noires contiennent notamment des quantités considérables de composés soufrés, de composés azotés, de complexes métalliques de haut poids moléculaire tels que les complexes de nickel et de vana-25 dium, ainsi qu'une proportion considérable de substance asphaltique. Une huile noire représentative est caractérisée en ce que plus de 10% de son volume bouillent au-dessus d'une température d'environ 566°C et en ce que, souvent, plus de 30% de son volume bouillent au-dessus d'une température de 566°C environ. 30 Comme exemples particuliers d'huiles noires qui, lorsqu'on les traite par l'hydrogène, produisent un système à phases mélangées gaz-liquide, on citera des queues de tour sous vide ayant une densité de 1,0209 et contenant, en poids, 4,1% de soufre et 23,7% de substance asphaltique; un brut du Moyen-Orient (Koveit) éteté ayant une 35 densité de 0,9930 et contenant environ 5,2%, en poids, de soufre et 10,1%, en poids, de substance asphaltique; et un résidu sous vide ayant une densité de 1,0085, contenant, en poids, 3% de soufre et 0,43% d'azote et ayant un point de distillation volumétrique à 20% de 71 41801 568°C. A moins d'être converties en hydrocarbures bouillant plus bas, ces substances ne sont utilisées que comme bitume routier ou comme combustible d'extrêmement basse qualité. Le traitement par l'hydrogène de charges hydrocarbonées du type 5 cité ici sera décrit de façon détaillée en prenant pour exemple une opération de type hydroeraquage.Toutefois, les opérations d'hydrotraitement et d'hydroraffinage telles que la désulfuration de distillats ou de résidus entrent dans le cadre général de l'invention, la description faite en prenant l'opération d'hydrocraquage pour exemple 10 n'ayant aucun caractère limitatif» Daiis une opération d'hydrocraquage représentative, une charge hydrocarbonée bouillant au-dessus de 204°C environ subit un hydroeraquage catalytique avec de l'hydrogène et un catalyseur d'hydrocraquage, dans des conditions d'hydrocraquage. L'hydrogène est utilisé en une proportion d'environ 89 à 8900 vo-15 lûmes par volume d'hydrocarbure. Une partie au moins de cet hydrogène est fournie en recueillant l'hydrogène contenu dans 1'effluent à phases mélangées du produit d'hydrocraquage et en renvoyant l'hydrogène vers la zone d'hydrocraquage, par recyclage. Les conditions d'hydrocraquage comprennent également une pression d'environ 69 à 239 atmos-20 phères et une température d'environ 316 à 510°C. En outre, la charge hydrocarbonée est mise en contact avec le catalyseur à une vitesse spatiale horaire du liquide , ou YSHL, (définie comme le volume de charge hydrocarbonée liquide par heure^tel que mesuré à 15,6°C, par volume de catalyseur dans la zone de réaction) d'environ 0,1 heure"" 25 à environ 10 heures- . Les conditions d'hydrocraquage exactes sont fonction de la charge traitée et des produits désirés, et sont facilement adaptées d'une manière bien connue des spécialistes. L'hydroeraquage catalytique peut être effectué de toute manière appropriée connue des spécialistes de la technique, et peut compren-30 dre une opération de type discontinu ou continu. Il est préférable d'utiliser une opération continue, dans laquelle un catalyseur d'hydrocraquage est disposé sous forme de lit fixe dans la zone d'hydrocraquage. La charge hydrocarbonée et l'hydrogène sont chargés en continu dans la zone de conversion et sont mis en contact avec le ca-35 talyseur en écoulement ascendant, descendant ou radial. Cette opération d'hydrocraquage peut également être effectuée dans une opération de type à lit mobile, à lit turbulent , ou dans une opération de type suspension hydrocarbure-catalyseur dans laquelle on mélange 2115334 11 41^01 9 2115334 un eïtalyseur et des hydrocarbures qu'on fait passer dans la zone de réaction sous forme de suspension. Il est préférable d'opérer avec un dispositif à lit fixe et à écoulement descendant. Un opératoire préféré*, pçjur réaliser tme opération d'hy- 5 drocraquage* consiste à élever la température de la charge hydrocarbonée jusqu'à une valeur immédiatement inférieure à celle provoquant un début de craquage thermique et, mi au;:, jusqu'à une valeur d'envasa 371 à 427°C .Dans un dispositif de chauffage séparé, on chauffe ls hydrogène nécessaire, jusqu'à une température supérieure à celle où a 10 lieu le craquagc- thermique des hyd:;oac,rb^r-os» Pa? exemples on chauffo séparément l'hydrogène jusqu'à une température d'environ 482 à 538®CP ou plus. Les courants qui ent ainsi été chauffés séparément sont ensuite mélangés avant d'être introduits dans la chambre de réactiona Un mode de mise en oeuvre particulièrement préférable consiste à in-15 troduire les courants séparément chauffés dans un mélangeur-collecteur commun dans lequel une turbulence suffisante est engendrée pour assurer une mise en contact intégrale et un échange thermique complet entre les deux courants avant leur introduction dans la zone à' hydroeraquage. 20 Le produit composite catalytique exact à utiliser dans une réac tion de traitement catalytique par l'hydrogène., d'hydrocraquage par exemple, est, tout conaie les conditions de conversion, fonction &©e produits de réaction particuliers sherefess et do la charge mise en oeuvre. Toutefois, d'une façon générale, ces catalyseurs peuvent être 25 caractérisés comme comprenant un constituant métallique présentant une activité d'hydrogénation, lequel constituant eatalytiqme est habituellement wL s sous forme de produit composite avec un oxyde minéral réfractaire d'origine naturelle su synthétiquec Lorsqu'on effectue une opération d'hydrocraquage, il est préférable d'utiliser un oxyde 30 minéral réfractaire de nature acide. Toutefois, bien qu'il soit préférable d'utiliser des catalyseurs de con~ersion dans lesquels un constituant métallique est associé à un support, il entre également dans le cadre de l'invention d'utiliser un constituant métallique sans support, comme c'est le cas dans l'opération en suspension précité®. 35 Les constituants métalliques ayant une activité d'hydrogénation sont ceux choisis parmi les métaux des Groupes YIB et YIII de la Table Périodique des Eléments(Table des E.U.Âc). C'est ainsi qu'un produit composite catalytique peut contenir un os plusieurs constitu 71 41801 ,0 2115334 ant(s) métallique(s) choisis parmi le chrome, le molybdène, le tungstène (volfram), le fer, le cobalt, le nickel, le ruthénium, le rhodium, le palladium, l'osmium, l'iridium et le platine. La concentration du ou des constituant(s) métal]ique(s) catalytiquement actif(s) 5 dépend principalement du métal particulier dont il s'agit, des conditions de mise en oeuvre du procédé et des caractéristiques de la charge hydrocerbonée. D'une façon générale, il est préférable que les constituants métalliques du Groupe VIB soient présents en une proportion d'environ 1 à 50%, en poids, les métaux du groupe du fer 10 du Groupe "VTIT en une proportion d'environ 0}2 à 10%* en poids, tandis qu'il est préférable que les métaux du groupe du platine soient présents en une proportion d'environ 0,1 à 5%, en poids, toutes ces proportions étant calculées comme si les constituants étaient présents sous forme de métaux élémentaires. 15 Les supports à base d'oxydes minéraux réfractaires peuvent com prendre de l'alumine, de la silice, de la zircone, de la magnésie, de l'oxyde de titane, de l'oxyde de bore, de l'oxyde de strontium, de l'oxyde d'hafnium, etc..; les aluminosilicates tels que la mordé-nite, la faujasite, etc.. ainsi que des mélanges de deux, ou plus, de 20 ces substances, y compris des mélanges silice-alumine, silice-zircone, alumine-mordénite, alumine-silice-faujasite, etc.. La composition précise ainsi que le mode de préparation du support ne sont pas essentiels à l'invention. Les supports préférés sont, entre autres, la faujasite ainsi que les supports contenant au moins une partie de si-25 lice et, mieux, un produit composite d'alumine et de silice contenant une proportion plus élevée d'alumine. Est particulièrement préférable un catalyseur comprenant d'environ 2 à 10%, en poids, de nickel sur une base de faujasite* L'effluent de produit d'une zone donnée 6e réaction de trai-30 teaent par l'hydrogène , à température élerée et haute pression, résultant de la conversion d'une charge hydrocarbonée liquide du type décrit est caractérisé comme un système à phases mélangées gazeuse-liquide contenant de l'hydrogène, des hydrocarbures normalement liquides ainsi que des composés normalement gazeux. Par "normalement" 35 on entend ici désigner les température et pression ambiantes courantes et c'est ainsi que ces composés sont, notamment, le méthane, 1' éthane, le propane, l'ammoniac, l'hydrogène sulfuré, etc.. En outres l'hydrocarbure liquide contient une quantité appréciable d'hydrogène BAD ORIGINAL 71 41801 " 2115334 en solution. La présente invention repose essentiellement sur la séparation de la quantité maximale d'hydrogène très pur, ayant par exemple une pureté permettant son recyclage (c'est-à-dire une pureté d'au moins 80% en volume et, mieux, d'au moins 90% en volume), à par-5 tir de ce système à phases mélangées. On effectue la séparation désirée en faisant passer 1'effluent vers une première zone de séparation maintenue sous une pression à peu près identique à celle de la zone de réaction et à une température élevée, afin d'obtenir une première phase liquide et une premiè-10 re phase vapeur. Cette zone de séparation ainsi que les autres zones de séparation citées ici sont des zones de séparation classiques pour la séparation de systèmes vapeur-liquide et comprend notamment un récipient dans lequel un niveau de liquide est maintenu à la partie inférieure et les vapeurs, après passage à travers un tampon ccrtre les 15 entrainements, sont retirées en tête. Par l'expression "pression à peu près identique" on veut dire que la pression imposée sur une zone particulière est à peu près la même que celle de la zone amont précédemment citée, et ne présente que la différence de pression normale résultant de la chute de pression provoquée par l'écoulement d'un 20 fluide à travers un dispositif(c'est-à-dire de conduits, échangeurs thermiques, etc..). De même, par l'expression "température à peu près identique " on veut indiquer que toute perte de température est due aux pertes normales dues à l'écoulement ou à la conversion de chaleur sensible en chaleur latente par "détente" lorsqu'une chute de pressi-25 on a lieu. Dans cette première zone de séparation, "une température élevée" désigne une température dans la même gamme de 316 à 510°C précédemment indiquée, mais elle n'est pas nécessairement la même température que celle de 1'effluent de la zone de réaction. C'est ainsi que 1'effluent peut être refroidi à une température située dans cette 30 gamme élevée indiquée. En fait, il est préférable que la substance entrant dans la première zone de séparation soit à une température inférieure à 454°C et particulièrement à une température d'environ 371 à 427°C, car, dans une charge hydrocarbonée lourde typique, par exemple de substance bouillant au-dessus de 204°C environ, sont pré-35 sentes des impuretés azotées qui, au cours du traitement par l'hydrogène, sont converties au moins en partie en sels d'ammonium qui, à une température supérieure à 371°C environ, ont tendance à tomber dans la phase liquide. Une température supérieure à 454°C environ 71 41801 12 2115334 peut permettre à une proportion excessive d'hydrocarbures normalement liquides d'être séparée de la première phase liquide et de passer vers la première phase vapeur. La phase vapeur provenant de la preiaière zone de séparation est 5 refroidie,à une pression à peu près identique à celle de la première zone de séparation, à une température d'environ 10 à 93°C et, mieux, à une température d'environ 24 à 66°C. Ce produit refroidi est séparé, à une pression à peu près identique à celle de la première zone de séparation, en donnant une ieuxième phase vapeur riche en hydro-3 gène et une deuxième phase liquide. Cette deuxième phase vapeur contient au moins 80%, en volume, d'hydrogène utilisable aux fins de recyclage. La deuxième phase liquide contient des hydrocarbures normalement liquides (notamment au moins 80% du volume de cette phase liquide) contenus dans la vapeur provenant de la première zone de sé-> paration, de l'hydrogène sulfuré (provenant du soufre de la charge) ainsi qu'une petite proportion d'hydrogène. Suivant la nature précise de la réaction de traitement par l'hydrogène effectuée, pour maintenir un degré de pureté élevé en hydrogène dans la deuxième phase vapeur, on sépare la deuxième phase liquide à une pression sensible-3 ment réduite et on fait recycler au moins une partie du liquide résultant vers la deuxième zone de séparation, pour aider à séparer les impuretés de l'hydrogène. Ce recyclage est important lorsque la première phase vapeur contient une proportion considérable d'impuretés, comme c'est le cas dans 1'hydroeraquage d'huiles noires. 5 On refroidit au moins une partie de la première phase liquide, à une pression à peu près identique à celle de la première zone de séparation, à une température d'environ 10 à 149°C. Le produit liquide ainsi refroidi est ensuite séparé, à une pression à peu près identique à celle de la première zone de séparation, afin de séparer 1* 0 hydrogène contenu en solution dans le liquide et d'obtenir une troisième phase vapeur riche en hydrogène ainsi qu'une troisième phase liquide. Cette troisième phase vapeur riche en hydrogène est produite par l'hydrogène quittant la solution lorsqu'on refroidit le liquide hydrocarboné, et est relativement pure, c'est-à-dire a une pureté en 5 hydrogène d'au moins 80%, en volume, pureté atteignant souvent jusqu'à 90% lorsque le liquide est refroidi à une température inférieure à 121°C environ. En outre, cet hydrogène recueilli à l'état très pur représente la majorité de l'hydrogène en solution dans la première 71 41801 2115334 I.-vrioe. Far exemple, dass cne première phase liquide prove-îaiit. d'iïve opération d1 hydroeraquage d'huile noire effectuée à une pression d'envir-jn 184 atmosphères, la vapeur séparée en refroidis» sant ce liquide à 149°C environ contient environ 75% de l'hydrogène 5 en solution, ét à une pureté supérieure à 85%. D'une façon générale? plus la température de refroidissement est basse, plus la pureté est élevée et plus le rendement est élevé. Bans une réaction représentative de traitement par l'hydrogène telle qu'une réaction d'hydrocraquage, une partie au moins de la deuxième phase vapeur riche ea 10 hydrogène ainsi qu'une partie au moins de la troisième phase vapeur riche en hydrogène sontrenvoyéos par recyclage vers la zone de con= version. Comme ces phases riches en hydrogène sont à une pression à peu près identique à celle de la sons de traitement par 1'hydrogène (c'est-à-dire que la seule différence de pression est due à la 15 chute de pression provoquée par 1'écoulement), il n'est nécessaire de faire appel qu'à une légère recompression. Le fait de recueillir ensuite et de faire recycler l'hydrogène abaisse la quantité d'hydrogène d'appoint aéeessairs dans l'enseseble dîi dispositif de trai= tement par l'hydrogène» 20 Pour encore faciliter la récupération du produit, la troisième phase liquide est ensuite séparée dans une quatrième zone de séparation maintenue à peu près dans la gamme de température décrite à propos de la troisième zone de séparation, et, mieux, à une température d'environ 24 à 66°C et sous une pression sensiblement réduite. 25 Cette séparation fournit une quatrième phase liquide contenant des hydrocarbures normalement liquides et une quatrième phase vapeur contenant des composés normalement gazeux et, aiotanament, la majorité du méthane, de l'étâane et du propane eonteims de-as 1! effluent de produit initial. La quatrième pxiasa liquide est ensuite fractionnée d5 30 une manière bien comme des spécialistes9 --afin de mener, à boase fia la récupération du predsii. Par "prassl&n sensiblement réduits" ©a veut désigner ici "se gaasie de prassion comprise entre use pression inférieure 1- îa gi'es si ou etiaosphérique s*« 13,7 atmosphères, environ, et partie'ûlièi-etidiiw une pifessxoE d'eir/Ircsa 6S9 a 13,7 atïaospîieres» 35 On dé -Ï..TG, . -ï : t.'. -.v. * j •„> ii -w-i i. ~ sîi'cxoi^, Qki 3 rsx'é-rant au dessin an™ nexé, donné "&ître îi" i;os lequel la o Qiilq'tio illustre seàéaa'ti'ia'iHôiiu ose opèraôioa d• â.y o?o-sraquage effectuée sus une huile noire. Il va de soi que le seîâsna ±.rèSQaté n'a aucun carac- BAD ORIGINAL 71 41801 14 2115334 "1ère limitatif et que les réactifs, concentrations, poids, conditions opératoires, catalyseurs, etc.. indiqués sont donnés uniquement à titre d'exemple. Divers accessoires ieiS que vannes, pompes, compresseurs, séparateurs, rebouilleurs, eic.. ont éié éliminés. Seuls les 5 récipients et conduits nécessaires a ia bonne intelligence du procédé selon l'invention sont illustrés. îoutes les variantes évidentes pouï les spécialistes du traitement par l'hydrogène sont englobées dans le cadre général de l'invention. Au dessin: de l'hydrogène d'appoint entre dans le procédé par 10 un conduit 1 et est mélangé avec un courant 2 d'hydrogène de recyclage chauffé dont on décrira la source ci-après. Ce courant d'hydrogène combiné passe dans le conduit 2 et est mélangé avec la charge chauffée entrant par un conduit 3. Cette charge a été chauffée jusqu'à une température inférieure à la valeur provoquant un début de craquage, 15 et particulièrement jusqu'à une température d'environ 399°C, d'une manière décrite ci-après. En outre, l'hydrogène, dans le conduit 2, est à une température suffisamment élevée pour que, lors du mélange de l'hydrogèns et de la charge, il en résulte une température d'environ 4Î3°C à l'entrée du réacteur. Ce mélange hydrogène-charge pas-20 se, par un conduit 4, vers un réacteur d'hydrocraquage 5 dans lequel la charge est convertie en produits saturés bouillant plus bas. Plus particulièrement, la charge est un produit de queues de tour sous vide ayant un point d'ébullition normal d'environ 554®C et une densité d'environ 0,9772. Le réacteur d'hydrocraquage 5 est maintenu sous une 25 pression d'environ 184 atmosphères. En outre, la zone d'hydrocraquage 5 contient un lit fixe de catalyseur d'hydrocraquage avec lequel la charge hydrocarbonée et l'hydrogène sont mis en contact, en écoulement descendant, à une YSHL de 0,5 heure d'hydrocarbure. Il est préférable que l'hydrogène des conduits 1 et 2 soit réuni à la charge 30 entrant par le conduit 3, de manière que la proportion totale d"*hydrogène soit d'environ 1424 volumes par volume de charge. Le produit de réaction du réacteur d'hydrocraquage 5 est retiré du réacteur à une température d'environ 440°C, par un conduit 6, et est refroidi, par un dispositif d'écl-ange thermique 7, à une tempé-35 rature d'e/ivixon 399°C, et passe ensuite vers une zone de séparation 8. La zone u.e séparation â est maintenue a une température d'environ 399'C et sous une pression d'environ. I82 atmosphères. Cette différence de pression entre la zone de réaction 5 et ie stpaiateui 8 tst due BAD ORIGINAL 71 41801 15 2115334 seulement à la chute de pression provoquée par l'écoulement à travers le conduit 6 et l'echangeur thermique 7. On retire, par un conduit 15, de la zone de séparation 8, une phase liquide contenant des quantités appréciables d'hydrogène dissous. Cette phase liquide est 5 refroidie par échange thermique indirect, dans un échangeur thermique 16, par la charge fraîche entrant par un conduit 17, et est ensuite refroidie par un dispositif d'échange thermique 19, jusqu'à une température d'environ 52°C. En outre, une partie au moins de cette phase liquide peut être renvoyée par recyclage vers le réacteur 5 avant 10 refroidissement, par un dispositif non représenté. Cette première phase liquide est ensuite séparée dans une zone de séparation 20 qui est maintenue à une température d'environ 52°C et sous une pression d'environ 181 atmosphères. Cette différence de pression entre la zone de séparation 20 et la zone de séparation 8 est due à la chute de 15 pression provoquée par l'écoulement dans le conduit 15, 1'échangeur thermique 16 et 1'échangeur thermique 19. On retire en tête de la zone de séparation 20 un courant d'hydrogène de recyclage 21 qui contient environ 79,5$ de l'hydrogène contenu dans la phase liquide retirée de la zone de séparation 8, et à une pureté en hydrogène supé-20 rieure à 92%, en volume. On retire de la zone de séparation 20, par un conduit 25, une phase liquide qu'on fait passer vers une zone de séparation 26 qui est maintenue sous une pression d'environ 13,7 atmosphères et à une température d'environ 38°C. Dans cette zone de séparation 26, les composés normalement gazeux présents dans l'efflu-25 ent du réacteur 5, tels que le méthane, l'éthane, le propane, l'hydrogène sulfuré, l'ammoniac, etc.. sont retirés à titre de fractions de tête légères par un conduit 27. La phase liquide produite dans la zone de séparation 26 est retirée, par un conduit 28, aux fins de fractionnement et récupération du produit ultérieurs, par des dispo-30 sitifs bien connus des spécialistes. La phase vapeur retirée de la zone de séparation 8 par le conduit 9 est refroidie, par échange thermique indirect avec la charge fraîche, dans un dispositif d'échange thermique 10, avec la même charge fraîche déjà utilisée pour refroidir la phase liquide prove-35 nant de la zone de séparation 8. Cette charge est ensuite chauffée dans un dispositif de chauffage 18 et passe, par le conduit 3, vers la zone d'hydrocraquage 5, comme précédemment indiqué. Cette vapeur de tête refroidie provenant de la zone de séparation 8 est ensuite 71 41801 16 2115334 refroidie, dans un échangeur thermique 11, à une température d'environ 38°C et passe, par le conduit 9, vers une zone de séparation 12. La zone de séparation 12 est maintenue sous une pression d'environ 181 atmosphères et à une température d'environ 38°C. Dans cette zo-5 ne de séparation 12, les hydrocarbures normalement liquides présents dans la phase vapeur retirée du séparateur 8 sont condensés et retirés- sous forme de phase liquide, par un conduit 14. Un courant d' hydrogène de recyclage contenant de l'hydrogène à une pureté minimale de 80$ est retiré en tête de la zone de séparation 12, par un con-10 duit 13, On maintient cette pureté en faisant passer la phase liquide dans le conduit 14 vers une zone de séparation 29 maintenue sous une pression d'environ 13,7 atmosphères, dans laquelle le liquide est détendu. Une partie au moins du liquide résultant est ensuite recyclée^ par un conduit 31, vers la zone de séparation 12. Le liquide 15 restant ainsi que la vapeur produite dans la zone de séparation 29 sont retirés par, respectivement, des conduits 32 et 30. Le courant d'hydrogène de recyclage 13 est ensuite réuni à l'hydrogène dans le courant de recyclage 21 et passe, par le conduit 13, vers un dispositif de compression 22. Le dispositif de compression 22 comprime l1 20 hydrogène à nouveau à la pression de la zone d'hydrocraquage 5, l'hydrogène étant retiré du compresseur par un conduit 23 et passant vers un'dispositif chauffant 24 afin d'élever sa température jusqu'à une valeur suffisante pour éleveT la température de la charge hydrocarbonée jusqu'à une valeur de 413°C, lorsqu'il est mélangé avec elle, 25 comme précédemment décrit. Il découle de ce qui précède que la présente invention fournit un procédé de séparation et de récupération d'hydrogène très pur, utilisable aux fins de recyclage vers une zone de traitement par 1' hydrogène, avec pertes minimes en hydrogène. En outre, cet hydrogène 30 est non seulement recueilli à l'état très pur, mais est également recueilli à une pression à peu près identique à la pression de la zone de réaction vers laquelle on doit faire recycler l'hydrogène. La présente invention fournit un procédé plus efficace et économique de séparation de 1'effluent en phases mélangées gazeuse-liquide d'une réac-35 tion de traitement par l'hydrogène à température élevée et haute pression.La récupération de quantités supplémentaires d'hydrogène à un degré très pur et àhautepcessionàbaisseles besoinsenhydrogène d'appoint ainsi que les coûts de compression de l'hydrogène d'appoint. 71 41801 17 2115334 REv'BTOICAÏIOKS 1. Un procédé de séparation d'un effluent d® produit d'une zoas de réaction de traitement par 1'hydrogène, à température élevée et haute pression, résultant de la conversion d'une charge hydrocarbo-5 née liquide, ledit effluent de produit étant remarquable en ee qu-! il est constitué par un système à phases mélangées gazeuse-liquide contenant de l'hydrogène, des hydrocarbures normalement liquides et des composés normalement gazeux, caractérisé en ce que : (1) on sépare l'effluent, dans une première zone de séparation 10 maintenue à une température élevée et sous une pression à peu près identique à. celle de la zone de réaction, en une première phase liquide et une première phase vapeur, (2) on refroidit la phase vapeur provenant de la première zone de séparation à une pression à peu près identique à celle de la première 15 zone de séparation, à une température d'environ 10 à 93°C, obtenant ainsi un premier produit refroidi, (3) on sépare le premier produit refroidi provenant du stade (2)s dans une deuxième zone de séparation à une pression à peu près ides-tique à celle de la première zone de séparation, obtenant ainsi une 20 deuxième phase vapeur riche en hydrogène et une deuxième phase Iiqui~ de, (4) on refroidit au moins une partie de la première phase liquide, à une pression à peu près identique à celle de la première zone de séparation, à une température d'environ 10 à 149°C, obtenant ainsi 25 un second produit rpfroidi, et (5) on sépare le second produit refroidi provenant du stade_ (4), à une pression à peu près identique à celle de la première zone de séparation, dans une troisième zone de séparation obtenant ainsi sac troisième phase vapeur riche en hydrogène et une troisième phase 11— 30 quide. 2. Un procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce ose la première phase vapeur es a refroidie, su stade (2), à ma® température d'environ 24 à 66°C. 3. Un procédé suivant la revendieaiion 1s caractérisé en ee que 35 la première phase liquide est refroidie,3'u stade^ (4), à une température d'environ 24 & 666CS 4. Un procédé suivant la revendication 15 caractérisé en ee que la première zone de séparation du stade^ . (i j est maintenue à une BAD 71 41801 18 2115334 ^empérature inférieure à 454°C environ. 5. Un procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la température est d'environ 371 à 42/JC. 6. Un procédé suivant la revendication i, caractérisé en ce que 5 la troisième phase liquide du staào^ esj, séparée dans une quatrième zone de séparation, à une température à peu près identique à celle de la troisième zone de séparation et sous une pression sensiblement réduite, donnant ainsi une quatrième phase liquide contenant des hydrocarbures normalement liquides et une quatrième phase vapeur 10 contenant des composés normalement gazeux. 7. Un procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement par l'hydrogène est effectué à une température d'environ 316 à 510°C et sous une pression d'environ 69 à 239 atmosphères. 8. Un procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 15 la charge est un distillât bouillant entre 204 et 593°C, environ. 9. Un procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la charge est un résidu à base de pétrole dont au moins 10$ en volume bouillent au-dessus de 568°C environ. 10. Un procédé d'hydrocraquage catalytique d'une charge hydrocar- 20 bonée bouillant au-dessus de 204°C, caractérisé en ce que: (1) on met la charge en contact, dans une zone d'hydrocraquage catalytique, avec de l'hydrogène dont une partie au moins est fournie par un recyclage d'hydrogène décrit ci-après et avec un catalyseur d' hydroeraquage, dans des conditions d'hydrocraquage comprenant une 25 pression d'environ 69 à 239 atmosphères, une température d'environ 316 à 510°C et à un rapport hydrogène/hydrocarbure compris entre environ 89 et 8900 volumes d'hydrogène par volume d'hydrocarbure, (2) on sépare 1'effluent résultant de la zone d'hydrocraquage, dans une première zone de séparation maintenue à température élevée et sous 30 une pression à peu près identique à celle de la zone de réaction, obtenant ainsi une première phase liquide et une première phase vapeur , (3) on refroidit la phase vapeur provenant de la première zone de séparation, à une pression à peu près identique à celle de la premiè- 35 re zone de séparation, à une température d'environ 24 à 66°C, obtenant ainsi un premier produit refroidi; (4) on sépare le premier produit refroidi, provenant lu stade (3), dans une deuxième zone de séparation, à une pression à peu près idea- BAD ORIGINAL 71 41801 2115334 tique à celle de la première zone de séparation, obtenant ainsi une deuxième phase vapeur riche en hydrogène et une deuxième phase liquide , (5) on refroidit au moins une partie de la première phase liquide, 5 à une pression à peu près identique à celle de la première zone de séparation, à une température d'environ 10 à 149°C, obtenant ainsi un second produit refroidi, (6) on sépare le second produit refroidi provenant du stade (5), à une pression à peu près identique à celle de la première zone de 10 séparation, dans une troisième zone de séparation, obtenant ainsi une troisième phase vapeur riche en hydrogène et une troisième phase liquide, et (7) on fait recycler au moins une partie de la deuxième phase vapeur riche en hydrogène provenant du stade_ (4) ainsi qu'au moins 15 une partie de la troisième phase vapeur riche en hydrogène provenant du stade_ {6) , à titre dudit hydrogène de recyclage, vers la zone d'hydrocraquage du stade (1). 11. Un procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la première zone de séparation du stade (2) est maintenue à une 20 température inférieure à 454°C environ. 12. Un procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce que la température est d'environ 371 à 427°C. 13. Un procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la troisième phase liquide du stade (4) est séparée dans une qua- 25 trième zone de séparation, à une température à peu près identique à celle de la troisième zone de séparation et sous une pression sensiblement réduite, donnant ainsi une quatrième phase liquide contenant des hydrocarbures normalement liquides et une quatrième phase vapeur contenant des composés normalement gazeux. 30 14. Un procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la charge est un distillât bouillant d'environ 204 à 593°C. 15. Un procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la charge est un résidu à base de pétrole dont 10% au moins, en volume, bouillent au-dessus de 566°C environ.