Brevet FR2463177A1 — publié le 19810220

La présente invention concerne un procédé de raffinage d'huiles minérales, par exemple des huiles brutes réduites sous vide. -L'invention concerne plus particulièrement un procédé de traitement thermique d'huiles hydrocarbonées lourdes, couramment appelé "réduction de viscosité". La réduction de viscosité est l'un des procédés de raffinage du pétrole les plus anciens, et cette opération est donc assez au point. L'intégration d'un procédé de réduction de viscosité dans une raffinerie est décrite dans le brevet des Etats Unis d'Amérique nO 2 366 218. L'utilisation de cette opération de réduction de viscosité est également décrite dans le brevet des Etats -Unis d'Amérique NO 2 762 754. On sait en pratique qu'il est avantageux de refroidir l'effluent du réchauffeur de réduction de viscosité. Le refroidissement est décrit à la figure de la page 22 de The Encyclopedia of Technology, seconde Edition, volume 15, 1968. La matière de refroidissement illustrée est un gas-oil léger retiré comme distillat de coupe latérale d'une section de fractionnement située au-dessus de la zone de flash primaire et provient donc des vapeurs formées dans la zone de flash primaire. Un gas-oil léger est utilisé dans le procédé similaire décrit a la page 154 de Hydrocarbon Processing, de septembre 1968. Un procédé différent de réduction de la viscosite est decrit a la page 112 de l'édition de septembre 1976 de Hydrocarbon Processing. Dans ce procédé, un gas-oil lourd retiré de la section de fractionnement située au-dessus de la zone de flash primaire est utilisé comme matière de refroidissement. Il est également connu en pratique de faire passer le courant de queues de la zone de flash primaire dans une zone de flash secondaire. Les produits de queue contenus dans cette zone, appelés souvent résidus du procédé, sont utilisés comme -matière de refroidissement de l'effluent du réducteur de viscosité. L'invention fournit un procédé de traitement thermique doux de fractions d'huiles lourdes. Dans ce procédé, l'huile lourde traverse un réchauffeur de réduction de viscosité dans des conditions assurant cette réduction7 puis est refroidie par mélange avec un courant de refroidissement. Le mélange obtenu est acheminé dans une zone de flash avec rectification, et le courant de queues de cette zone est ensuite séparé dans une zone de flash secondaire. Le liquide formé par la condensation des vapeurs de tête de la zone de flash secondaire est utilisé comme courant de refroidissement. Ce liquide diffère de celui utilisé dans la technique antérieure en ce qu'il ne s'agit ni d'un distillat formé a partir des vapeurs du premier stade de flash ni d'une matière résiduelle riche en asphaltène. I1 n'est donc pas aussi lourd et visqueux que la matière résiduelle de la technique antérieure ou aussi susceptible de s'évaporer pendant l'opération de refroidissement que la matière légère de la technique antérieure. Au dessin annexé, la Fig. Unique est une vue simplifiée du mode de mise en oeuvre préféré de l'invention. Les divers éléments auxiliaires et appareillage nécessaires a la conduite du procédé, tels que pompes, vannes, plateaux de fractionnement, condenseurs, échangeurs de chaleur et systèmes de commande, n'ont pas été représentés et peuvent être de conception et de fabrication classiques. Un courant d'alimentation d'huile brute réduite pénètre dans le système par une conduite 1 et est de préférence, mais non nécessairement, mélangé avec un courant de vapeur d'eau à haute pression provenant d'une conduite 2. La charge brute réduite est ensuite introduite dans un réchauffeur de réduction de viscosité 4 par une conduite 3. Un craquage thermique doux de l'huile réduite dans des conditions assurant la réduction de viscosité produit un courant effluent transporté par une conduite 5. Ce courant est refroidi par un mélange de refroidissement provenant d'une conduite-15, et l'effluent du réducteur de viscosité continue à être acheminé par une conduite 6. I1 est ensuite refroidi par mélange avec un second courant de refroidissement provenant d'une conduite 26. L'effluent du réducteur de viscosité pénètre ensuite dans une tour de flash avec rectification 8 par une conduite 7. Le courant d'effluent du réducteur de viscosité est séparé en une fraction de vapeur et une fraction de liquide dans la tour de flash. La fraction liquide est retirée comme courant de queues dans une conduite 16 et pénètre dans une zone de flash secondaire 17. Une pression plus basse maintenue dans la zone de flash secondaire provoque la séparation de la matière introduite en deux autres fractions de vapeur et de liquide. La fraction liquide résiduelle résultante est retirée par une conduite 23 et refroidie, par exemple dans un générateur de vapeur d'eau (non représenté). Elle est ensuite divisée en une première portion utilisée comme second courant de refroidissement de la conduite 26 et une seconde portion retirée comme courant de produit dans la conduite 24.Cette matière de haute viscosité est mélangée avec une huile de recyclage légère provenant de la conduite 25 pour former un courant de fuel oil acceptable. La fraction de vapeur formée dans la zone de flash secondaire est retirée comme vapeur de tête par la conduite 18 et condensée dans un refroidisseur (non représenté). Le liquide résultant est recueilli dans un récepteur de tête 19 et retiré par la conduite 20. Une première portion est renvoyé dans la zone de flash secondaire et mélangée avec des vapeurs montantes par la conduite 21 et un dispositif de pulvérisation (non représenté). La seconde partie restante de ce liquide est envoyée par une conduite 22 pour fournir au moins une portion du premier courant de refroidissement de la conduite 15. Autrement dit, la totalité du liquide de tête de cette zone est utilisée comme matière de refroidissement. Les vapeurs formées dans la tour de flash avec rectification par séparation du courant effluent du réducteur de viscosité sont de préférence mises au contact d'un liquide pulvérisé. Elles s'élèvent ensuite a travers un plateau collecteur 13 dans une section de rectification supérieure de la tour de flash. Le liquide recueilli sur le plateau est retiré par la conduite 11. Une première portion est dérivée par la conduite 10 pour fournir le liquide pulvérisé dans les vapeurs par la conduite 9. Des quantités supplémentaires de cette matière peuvent traverser la conduite 14 et être mélangées avec le liquide de tête de la zone de flash secondaire sous forme de liquide de refroidissement. Une seconde portion du liquide du plateau collecteur est dirigée vers la conduite 12 et refroidie dans des échangeurs de chaleur (non représentés). Elle passe ensuite dans la zone de flash avec rectification en un point plus élevé de manière a favoriser le fractionnement réalisé dans la section supérieure de cette zone. Un courant de vapeur de tête est retiré de la zone de flash avec rectification par une conduite 27 et traverse un condenseur (non représenté). Le liquide hydrocarboné résultant est recueilli dans un récepteur 28 d'où les gaz condensés sont retirés par une conduite 35 et l'eau est séparée par décanta- tion par une conduite (non représenté). L'hydrocarbure liquide est retiré par une conduite 29 et divisé en un premier courant de reflux transporté par une conduite 30 et un second courant pénétrant dans une colonne de stabilisation 32 par une conduite 31.Cette colonne de fractionnement à plateaux fonctionne dans des conditions assurant une séparation efficace du liquide entrant èn un courant de gaz résiduels contenant des hydrocarbures en C1 à C4 retirés par une conduite 33 et en un courant de naphta éliminé par une conduite 34. Cette séparation est réalisée a l'aide d'un système de reflux externe situé au sommet de la colonne et d'un rebouilleur situé a la base de ladite colonne. Les spécialistes en la matière sont familiarisés avec l'opération thermique couramment appelée "réduction de la viscosité". Par conséquent, il n'est besoin que d'indiquer un minimum de renseignements concernant le fonctionnement du procédé. La réduction de viscosité est réalisé fondamentalement pour réduire la viscosité de divers liquides hydrocarbonés lourds dérivant de pétrole afin qu'ils répondent aux exigences établies pour les diverses qualités de fuel-oil. L'hydrogène n'est pas mélangé avec le courant d'alimentation pendant l'opération de réduction de la viscosité. I1 est normal de récupérer également certains hydrocarbures plus légers qui sont des naphta produits par le craquage thermique et qui peuvent également être présents dans le courant d'alimentation dans une mesure limitée. L'opération de réduction de la viscosité peut être associée a une colonne de fractionnement sous vide, et divers autres produits comprenant des gaz-oils légers et lourds peuvent être produits. Le courant d'alimentation servant a l'opération de réduction de la viscosité comprend normalement un courant d'hydrocarbures lourds, par exemple une huile brute étêtée ou une huile brute réduite sous vide. Il doit normalement avoir une densité API mesurée a 15,60C, inférieure a 20,00. Lorsque la matière de charge est soumise a la distillation ASTM appropriée, elle présente un point de distillation a 10% a une température superieure à 2500C. Avant le traitement cette matière lourde peut être mélangée avec une matière plus légère, par exemple un gaz-oil léger, afin d'améliorer ses caractéristiques d'écoulement et de réduire sa viscosité Bien que cela ne soit pas nécessaire, -de la vapeur d'eau est de préférence mélangée avec le courant d'alimentation pour réduire au minimum la formation de coke l'intérieur des tubes du réchauffeur du four de réduction de viscosité situé en aval. La charge d'alimentation est chauffée dans la zone de réduction de la viscosité dans une mesure suffisante pour effectuer un thermocraquage doux. Cette zone fonctionne dans des conditions aptes a réduire la viscosité, comprenant une température se situant dans la gamme de 425 à 5400C environ, et de préférence supérieure 4700C. Les conditions aptes à réduire la viscosité comprennent également une pression de 1,3 a 11,2 atmosphères. Les conditions exactes de température et de pression que l'on préfère varient avec des facteurs tels que les caracteristiques de la matière d'alimentation et le degré de thermocraquage désiré. On préfère une vitesse de l'huile froide dans les tubes du réchauffeur supérieure a 3 mètres par seconde environ. Le courant d'effluent de la zone de réduction de viscosité est ensuite refroidi, c'est-à-dire qu'il est refroidi par mélange avec un courant de liquide plus froid. Le débit et la température de la matière totale de refroidissement doivent être suffisants pour réduire la température de l'effluent de la zone de réduction de viscosité d'au moins 300C. Un refroidissement de plus de 1400C n'est normalement pas avantageux. On utilise souvent plus d'un courant liquide pour obtenir le refroidissement nécessaire. Dans le procédé de l'invention, on réalise le refroidissement de l'effluent du réducteur de viscosité, au moins en partie, en utilisant un courant d'hydrocarbures liquides qui est pratiquement exempt de la matière qui est vaporisée pendant le flashing initial du courant d'ef fuent de la zone de réduction de viscosité. Ce liquide de refroidissement ne se vaporise donc pas dans une mesure appréciable dans les conditions existant immédiatement après le refroidissement. Pour cette raison, il aide à éliminer la formation de coke dans la phase liquide.Cependant, le courant liquide de refroidissement en question est également une matière qui a été vaporisée au moins une fois précédemment dans le procédé et qui ne présente donc pas la forte concentration des hydrocarbures lourds visqueux et des asphaltènes, qui existe dans le résidu restant après le second stade de flashing. Le liquide de refroidissement utilisé dans le procédé de l'invention est donc moins visqueux et sert a réduire la viscosité du courant effluent refroidi et il favorise son transfert dans la zone de flash avec rectification. Cette combinaison remarquable des caractéristiques du liquide de refroidissement distingue le procédé de l'invention des procédés de la technique antérieure. L'effluent refroidi de la zone de réduction de viscosité est dirigé dans la section inférieure vide d'une zone de flash avec rectification en un point se trouvant lé gèrement au-dessus du fond de cette zone. Cette zone fonctionne a une pression de 4,1 a 11,2 atmosphères et a une température du fond comprise entre 3650 et 4600C. De préfé- rence, la pression est supérieure a 5,1 atmosphères. Telles qu'utilisées dans le présent mémoire, les pressions indiquées se réfèrent àla pression observée au sommet du récipient et les températures se réfèrent à la température du fond du ré- cipient concerné. Une phase liquide est recueillie au fond de la zone au-dessous du point d'alimentation et retirée sous forme d courant de ciueuesX La zone de flash avec rectification doit présenter un moyen pour assurer le refroidissement nécessaire de la section supérieure de la zone pour condenser les quantités mesurables de liquide et effectuer un écoulement vapeur-liquide à contrecourant. La section de rectification supérieure est de préférence séparée de la section de vapeur inférieure par un plateau collecteur et la section supérieure contient de préférence au moins cinq plateaux de fractionnement et elle est alimentée en liquide de reflux au plateau supérieur.Un courant de liquide retirc sur le plateau collecteur peut être refroidi et ramené dans la section supérieure en un point supérieur qui se trouve entre deux plateaux de fractionnement pour favoriser la séparation. Le courant de queues de la zone de flash avec retification pénètre dans une zone de flash secondaire. I1 s'agit fondamentalement d'un récipient vide présentant une sortie supérieure de vapeur et destin a retenir un niveau de liquide sous le point d'alimentation. Un liquide est avantageuse~ ment pulvérisé dans le récipient en un point central au-dessus du point d'alimentation. La zone de flash secondaire fonctionne a une pression inférieure a celle de la zone de flash avec rectification. On peut utiliser dans cette zone une large gamme de températures comprise entre 3500 et 4550C. La pression dans cette zone doit être d'au moins 2,0 atmosphères inférieure a celle à laquelle fonctionne la section de base de la zone de flash avec rectification. Une gamme de pressions pour cette zone s'étend de 1 à 7,8 atmosphères. L'invention peut etre encore illustrée par le fonctionnement qui va être décrit d'une installation a échelle industrielle analogue à celle représentée au dessin. Le courant d ' alimentation est une huile résiduelle sormée dans une oraton de désasphaltage du propane et ayant une densité API de i,3t. Ce courant d'alimentation présente un débit d'environ 2925 par jour de fonctionnement effectif et est mélangé avec une quantité suffisante d'huile de recyclage légère pour produire un courant de matière ayant une densité API de 4,80. Ce courant de 3655 m3 par jour de fonctionnement est chauffé à 1770C puis pénètre dans un réchauffeurd' un réducteur de vis cosité maintenu dans des conditions assurant une réduction de viscosité. On introduit de la vapeur d'eau à 41,8 atmosphères dans le réchauffeur pendant des périodes de régime de charge réduite.Le courant d'effluent du réducteur de viscosité est un courant de phase mixtes contenant des gaz tels que de l'hydrogêne sulfuré, de la vapeur d'eau, du méthane, du propane et des hydrocarbures ayant un nombre d'atomes de carbone supérieur. Le courant d'effluent contient environ 590 moles par heure de vapeur et 330 moles par meure de liquide, dont 120 moles par heure environ peuvent être classifiées en tant que matière en C5 a 1770C convenant pour servir d'essence. Le courant d'effluent du réducteur de viscosité est ensuite refroidi par mélange avec trois courants liquides différents. Le premier liquide de refroidissement est un courant de liquide de tête provenant de la zone de flash secondaire dont le débit est de 636 m3 par jour de fonctionnement effectif et la température de 490C environ. Les deux autres 3 courants de refroidissement ont un débit de 318 m3 par jour de fonctionnement effectif d'huile légère à 2820C éliminée de la zone de flash avec rectification et.de 286 m3 par jour de fonctionnement effectif d'une matière de queues à 2180C provenant de la zone de flash secondaire. Le courant d'effluent du réducteur de viscosité pénètre ensuite dans la section inférieure de la tour de flash avec rectification. Environ 1200 moles par heure de vapeurs sortent de la section inférieure de la tour de flash avec rectification pour pénétrer dans la section de rectification supérieure. Ce courant de vapeur est formé en partie par vaporisation partielle d'un jet de liquide à 2820C dont le débit est de 1613 m3 par jour de fonctionnement effectif. Ce jet de liquide provient de liquide retiré par soutirage latéral du plateau collecteur et a une température à peu près égale à celle de ce liquide. La section de rectification supérieure de cette tour contient seize plateaux de fractionnement. Le 3 liquide de soutirage latéral présente un débit de 5021 m par jour de fonctionnement. Environ 3098 m3 par jour de fonctionnement de ce liquide sont refroidis à environ 1900C, et ramenés dans la colonne en un point intermédiaire, c'est-adire entre deux plateaux de fractionnement. Les vapeurs de tête de la tour de flash avec rectification ont une température de 1770C environ. Elles sont refroidies à environ 43 dans un condenseur et séparées en un courant gazeux et un liquide hydrocarboné. Le courant gazeux est retiré a un débit d'environ 150 moles par heure et a un poids moléculaire moyen de 28. Une première portion du liquide hydrocarboné est utilisée comme reflux, tandis que l'autre portion pénètre dans le stabilisateur à un débit de 150 moles par heure. Cette colonne fonctionne comme appareil de débutanisation et comporte trente plateaux de fractionnement. Elle fonctionne à une température des queues de 1900C environ et à une pression de tête de 9,8 atmosphères environ. Environ 120 moles par heure d'un naphta convenant comme composant d'essence sont retirées comme produit de queues. Le gaz d'échappement de tête restant contient du méthane, de l'éthane, du propane et du butane ainsi qu'une petite quantité d'hydrogène sulfuré. Ce courant de gaz a un poids moléculaire moyen de 45 environ. Le courant de queues de la zone de flash avec rec 3 tification a un débit de 4402 m par jour de fonctionnement et une densité API de 7,30 environ. I1 pénètre dans la zone de séparation secondaire. Environ 3464 m3 par jour de fonctionnement d'une matière résiduelle de densité API 5,1 est retirée de cette zone sous forme de courant de queues. Cette matière lourde est mélangée avec une quantité suffisante d'une huile de recyclage légère pour produire un fuel-oil de densité API 7,50. Le courant de vapeur de tête de la zone de flash secondaire présente un débit de 760 moles par heure. Il est refroidi à 490C environ pour être condensé. Une pre mièvre portion est utilisée comme liquide pulvérisé dans la zone de flash secondaire, et l'autre portion de ce liquide de densité API 220 est utilisée comme courant de refroidissement selon le principe de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement thermique d'une matière de charge lourde hydrocarbonée, caractérisé en ce que (a) On fait passer un courant d'alimentation comprenant des composés hydrocarbonés dérivant du pétrole ayant une densité API inférieure à 20,00 et une température de distillation à 10 % supérieure à 2500C à travers un réchauffeur de réducteur de viscosité fonctionnant dans des conditions assurant une réduction de viscosité, et on effectue le craquage des composés hydrocarbonés et la production d'un courant d'effluent du réducteur de viscosité (b) On-refroidit le courant d'effluent du réducteur de viscosité d'au moins 300C par mélange du courant d'effluent avec un courant de refroidissement (c) On fait passer le courant d'effluent du réducteur de viscosité dans une zone de flash avec rectification fonctionnant a une température de queues comprise entre 3650 et 4600C et sous une pression de 4,1 a 11,2 atmosphères (d) On retire un courant de distillat de coupe latérale de la zone de flash avec rectication en un premier point intermédiaire et on renvoie au moins une partie de ce courant dans la zone de flash avec rectification en un second point intermédiaire plus élevé (e) On retire un courant de vapeur de tête de la zone de flash avec rectification, on condense au moins une portion du courant de tête pour former un premier liquide de tête, et on fait passer un courant du premier liquide de tête dans une colonne de fractionnement (f) on retire un courant de queues liquide de la zone de flash avec rectification, et on sépare ce courant de queues liquide dans une zone de flash secondaire maintenue dans des conditions de séparation comprenant une pression d'au moins 2, 0 atmosphères inférieure à celle maintenue dans la zone de flash avec rectification (g) On retire un courant de liquide résiduel du fond de la zone de flash secondaire et on retire au moins une portion de ce courant du circuit sous-forme de produit, et (h) On condense les vapeurs de tête retirées de la zone de flash secondaire pour former un second liquide de tête ayant une température inférieure à 1500C, on fait passer un premier courant du second liquide de tête dans la zone de flash secondaire et on mélange un second courant du second liquide de tête avec une portion du courant de distillat de coupe latérale comme courant de refroidissement du stade (b). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le courant d'effluent du réducteur de viscosité est également refroidi par mélange avec une portion du courant de liquide résiduel. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac terisé en ce que le courant du premier liquide de tête ayant pénétré dans la colonne de fractionnement est séparé dans cette colonne en un courant de queues de naphta et un courant de vapeur de tête contenant des hydrocarbures en C1 à C4.