Brevet FR2495177A1 — publié le 19820604

La présente invention concerne le désasphaltage des huiles résiduel- les d'hydrocarbures, telles que les résidus de distillation du pétrole, les résidus dérivés des huiles de schiste ou des sables bitumineux ou les produits lourds de la distillation destructrice ou de l'hydrogénation du charbon. Les huiles résiduelles d'hydrocarbures, qui renferment des matières asphaltiques, ne peuvent être directement soumises à des traitements tels que l'hydrodésulfuration, l'hydrocracking ou le cracking catalytique du fait de leur teneur excessive en asphalte et en métaux. Il a donc été proposé de les soumettre à un traitement préalable de désasphaltage au moyen d'un solvant habituellement choisi parmi les hy- drocarbures aliphatiques, saturés ou oléfiniques, de bas poids molécu- laire. On sait que le rendement en huile désasphaltée est d'autant plus élevé que l'hydrocarbure utilisé comme solvant renferme davantage d'a- tomes de carbone, avec toutefois deux inconvénients: ce rendement accru est obtenu au détriment de la pureté de l'huile, notamment de sa teneur en métaux; l'asphalte obtenu est d'autant plus dur et moins fusible que le solvant est plus lourd. Il en résulte que, pour des raisons pratiques et bien que l'on ait proposé d'utiliser des hydrocarbures ayant de 3 à 7 atomes de carbone, la plupart des réalisations connues opèrent avec des hydrocarbures C3, C4, mélanges 3 + C4 et plus rarement C5. Une difficulté à surmonter est celle du traitement de la phase as- phaltique rejetée au cours du désasphaltage. Cette phase renferme une proportion notable de solvant d'extraction, mais doit être séparée de celui-ci. Ceci est communément réalisé par vaporisation du solvant et/ou entraînement par un gaz inerte tel que l'azote ou la vapeur d'eau; la vaporisation du solvant oblige à fournir une quantité importante de cha- leur à la phase asphaltique. Dans les réalisations connues, on fait passer la phase asphaltique dans un four chauffé par une flamme (US 2943050, 3423308 et 4017383) bien que l'on puisse utiliser la vapeur d'eau pour le propane et cer- tains mélanges légers de propane et de butane (US 3627675). Il est clair que la température du four doit être d'autant plus élevée que le solvant est plus lourd, mais on est limité en température par la tendance de l'asphalte à se décomposer au contact des parois du four. On admet qu'une décomposition de l'asphalte se produit dès 310 à 330 0C. Or il est difficile de contrôler la température des parois d'un four. Non seulement celle-ci n'est pas la même en tous les points du four, mais encore la température optimale varie au cours du temps en fonction de la nature elle-même variable de la charge à réchauffer. La décomposition de l'asphalte se traduit par des dépôts qui s'op- posent à une bonne transmission de la chaleur et obligent à chauffer davantage, augmentant encore les points chauds. Le rendement du four s'abaisse tellement que l'on doit procéder à un arrêt et à un nettoyage de l'installation; parfois même c'est le bouchage des canalisations qui commande l'arrêt de l'opération. Cet inconvénient se manifeste déjà avec l'emploi de butane, et il est particulièrement accusé quand on emploie un hydrocarbure ayant de à 7 atomes de carbone en raison du caractère de plus en plus visqueux de l'asphalte obtenu. L'objet de la présente invention est de décrire un procédé de dé- sasphaltage (démétallisation) qui remédie aux inconvénients précités et permet-de traiter, sans difficulté d'encrassement et pendant de lon- gues périodes, des huiles résiduelles d'hydrocarbures au moyen d'hydro- carbures ayant 4 à 7 atomes de carbone, par exemple l'isobutane, le nbutane, le néo-pentane, le n-pentane, l'iso-hexane ou des coupes C4, C ou C 6 Le procédé comprend la mise en contact de la charge d'hydrocarbures à désasphalter avec un solvant hydrocarbure léger, dans une zone d'ex- traction (ou de simple mélange), la quantité de solvant, la température et la pression étant choisies de manière à permettre la formation de 2 phases distinctes: un mélange liquide solvant-huile désasphaltée et un mélange fluide solvant-huile asphaltique; les phases ainsi formées 2 4 95 1 7 7 sont séparées l'une de l'autre, par exemple par décantation, et le sol- vant est ensuite séparé de chaque phase par vaporisation afin de pouvoir être recyclé. Le procédé est caractérisé en ce qu'on.fait passer une partie de l'huile désasphaltée, substantiellement séparée du solvant, dans une zone de chauffage indirect par flamme, de manière à élever sa température, en ce qu'on la met ensuite en contact d'échange de chaleur avec le mélange solvant-huile asphaltique, de manière à fournir à ce dernier au moins une partie de la chaleur nécessaire à la vaporisation du solvant qu'il renferme, et en ce qu'on la mélange enfin avec le mélange solvant-huile désasphaltée déchargé de la zone d'extraction, auquel elle apporte un complément de chaleur qui facilite la vaporisation du solvant. Suivant un mode de réalisation préféré, la vapeur de solvant séparée par vaporisation de l'huile désasphaltée est mise en contact d'échange thermique avec le mélange solvant-huile désasphaltée avant que celui-ci reçoive l'huile désasphaltée qui lui fournit le complément précité de chaleur. Les conditions opératoires du désasphaltage sont, en elle-mêmes, connues et ne seront que brièvement rappelées: le rapport en volume hydrocarbure léger / huile à désasphalter est habituellement de 2 à 12,de préférence 3 à 5. La température dépend de l'hydrocarbure léger utilisé et se situe habituellement entre 70 et 220 OC. Par exemple, avec le pentane, la température est habituellement choisie entre 170 et 210 OC, par exemple 205 0C en tête et 195 'C en fond. La température à laquelle peut être portée l'huile désasphaltée, dans la zone de chauffage indirect par flamme, peut être relativement élevée, par exemple 250 à 420 'C, de préférence 350 à 400 'C, sans risque sérieux d'encrassement de la dite zone, en raison de la teneur réduite en asphaltènes de cette huile. Comme cette huile est ensuite renvoyée en aval de la zone de vapori- sation du solvant mélangé à l'huile désasphaltée, il est aisé de contrô- ler la quantité de chaleur fournie à la phase asphaltique, dans la zone d'échange, par simple réglage du débit de cette huile. Selon une variante du procédé, une partie de l'huile désasphaltée, chauffée par flamme, peut être utilisée pour réchauffer l'asphalte à sa sortie du (ou des) vaporiseur(s). L'invention est illustrée par la figure jointe. La charge d'hydrocarbures contenant des asphaltènes (conduite.1) est reçue dans le stockage intermédiaire 2, puis est envoyée par la. conduite 3 dans la colonne 4, après avoir reçu de l'hydrocarbure léger provenant de la conduite 5. Si on le désire, une autre portion d'hydro- carbure léger est introduite au bas de la colonne 4 par la ligne 6. Ce système d'alimentation est de type conventionnel, tout comme le ré- chauffage en haut de colonne par l'échangeur 7;un interface s'établit dans la colonne. On soutire un mélange d'hydrocarbure léger et d'huile désasphaltée par la ligne 8 et on le fait passer dans l'échangeur 9 et la ligne 10 pour alimenter la colonne de vaporisation 11. La vapeur d'hy- drocarbure léger est recyclée vers les conduites 5 et 6 par la ligne 12, l'échangeur 9, le condenseur 13 et la conduite 14. L'huile désasphaltée est soutirée de la colonne Il par la conduite 15. Une partie de cette huile passe dans le four 16, la conduite 17, l'échangeur 18 et la ligne 19 pour rejoindre la conduite 10. Dans l'échangeur 18, elle cède de la chaleur au mélange d'asphalte et. d'hydrocarbure léger qui quitte la co- lonne 4 par la conduite 20 pour être envoyé dans la colonne de vapori- sation 21. Une autre partie d'huile désasphaltée est envoyée par la conduite 22 dans la colonne d'entraînement 23 o elle est traitée par un courant de vapeur d'eau (conduite 24). L'huile désasphaltée est ainsi débarrassée des dernières traces d'hydrocarbure léger et est évacuée par la ligne 25. Dans la-colonne de vaporisation 21, on obtient une phase vapeur d'hydrocarbure léger qui rejoint la ligne 14 après passage dans la conduite 26 et le condenseur 27. On peut toutefois l'envoyer, si on le désire, en tout ou partie, vers la ligne 12 par la conduite 28, de façon à récupérer sa chaleur dans l'échangeur 9. L'asphalte est soutiré de la colonne 21 par la ligne 29 et est envoyé dans la colonne d'en- traînement 30 pour être débarrassé des dernières traces d'hydrocarbure léger au moyen d'un courant de vapeur d'eau admis par la ligne 31. L'as- phalte est déchargé par la ligne 32; on peut le réchauffer pour le fluidiser par passage dans l'échangeur 33 alimenté par une partie de l'huile désasphaltée ayant traversé le four 16: cette huile passe dans la ligne 34, l'échangeur 33 et la ligne 35. En tête des colonnes 23 et 30 on obtient des mélanges vaporisés d'eau et d'hydrocarbure léger. Ces mélanges peuvent être traités en-. semble ou séparément; dans le premier cas, pris comme exemple, le mélange de la conduite 36 est réuni au mélange de la ligne 37 pour passer dans le condenseur 38 puis dans le décanteur 39. L'eau est déchargée par la ligne 40 et l'hydrocarbure léger par la ligne 41. Ce dernier peut être recyclé dans l'installation par une conduite non-représentée. De nombreuses modifications peuvent être apportées au schéma ci-dessus sans en modifier l'esprit. Par exemple, l'enlèvement de l'hy- drocarbure léger à partir, soit de l'huile désasphaltée, soit de l'as- seule phalte, peut être effectué dans uneVcolonne, par exemple la colonne Il pour l'huile désasphaltée et la colonne 21 pour l'asphalte. Dans ce cas les colonnes 23 et/ou 30 ne sont pas utilisées. On peut aussi, dans ce cas, prévoir un entraînement par vapeur d'eau ou gaz inerte dans la co- lonne unique, c'est-à-dire dans les colonnes Il et 21. Dans le schéma annexé, les compresseurs, les détendeurs et les pom- pes n'ont pas été représentés, dans un but de simplification. Il est toutefois entendu que l'opération de désasphaltage est effectuée le plus souvent, de manière connue, sous pression en raison de la nécessité de maintenir l'hydrocarbure léger en phase liquide à la température opéra- toire. Il est cependant avantageux de soumettre les effluents du désas- phaltage à une détente de la pression pour favoriser l'évaporation du solvant. Exemple On opère selon le schéma de la figure jointe. On traite une charge d'hydrocarbures constituée par un résidu sous-vide dont les propriétés sont données dans le tableau joint. La charge d'hydrocarbures est traitée par le n-pentane en rapport volume pentane / hydrocarbures de 4, à une température d'environ C en fond et 195 C en tête. L'effluent de tête (huile désasphal- tée + solvant) est soumis à une détente de pression et passe ensuite dans l'échangeur 9 o il subit un réchauffage. Dans le ballon 11, Ie solvant vaporisé sort en tête et passe dans l'échangeur 9. La phase li- quide d'huile désasphaltée sort à 250 C. Une partie est évacuée de l'installation après traitement par la vapeur d'eau (23). Une autre par- tie passe dans le four 16, chauffé au fuel, o elle est portée à 330 - 380 C, puis dans l'échangeur 18 o elle sert à porter la tempé- rature de la phase asphaltique d'environ 150 à 300 C. Cette dernière est soumise à une vaporisation, après détente de la pression, de manière à récupérer le solvant. L'asphalte subit un entraînement par la vapeur d'eau, destiné à éliminer les traces de solvant puis il est évacué à une température d'environ 300 C après réchauffage par une partie de l'huile désasphaltée sortant du four 16. Apres 6 mois de fonctionnement, on a examiné l'état de l'échangeur 18. Un dépôt goudronneux de faible épaisseur s'était formé, mais les propriétés de conduction thermique n'avaient pratiquement pas changé. Quant au four de chauffage de l'huile désasphaltée, il ne présentait aucun encrassement. T A B L E A U Résidu sous vide Huile désasphaltée Poids spécifique (g/cm3) 1,046 0,987 Carbone Conradson (% poids) 26,5 12 Asphaltènes (insol. à l'heptane, % en poids) 8,7 0,05 Viscosité à 100 C (m2/s) 80.10 2,4.10 Ni (ppm en poids) 35 15 V (ppm en poids) 150 40 2 4 9517 7 A titre de comparaison, une unité de désasphaltage pratiquement identique, si ce n'est que l'échangeur 18 avait été remplacé par un four chauffé au fuel, a dû être arrêtée après seulement 3.mois de fonctionne- ment en raison d'une perte de charge excessive dans le four. Une inspec- tion de celui-ci a montré des dépôts infusibles très durs en certains points chauds des tubes. R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Procédé de désasphaltage au solvant d'une huile résiduelle d'hydro- carbures contenant des asphaltènes, dans lequel on met l'huile résiduel- le en contact avec un solvant hydrocarbure léger, dans une zone d'extrac- tion, on maintient des conditions de désasphaltage permettant la forma- tion d'une phase liquide solvant - huile désasphaltée et d'une phase fluide solvant - asphalte, on sépare les deux phases formées et on vapo- rise séparément le solvant de chacune de ces deux phases, de manière à recueillir séparément une huile désasphaltée et un résidu asphaltique, caractérisé en ce que: a) on fait passer une partie de l'huile désasphaltée, substan- tiellement séparée du solvant, dans une zone de chauffage indirect par flamme, de manière à élever sa température, b) on met l'huile désasphaltée réchauffée, provenant de l'éta- pe (a) en contact d'échange de chaleur indirect avec la phase fluide solvant - asphalte, de manière à fournir à cette phase au moins une par- tie de la chaleur nécessaire à la vaporisation du solvant, et c) on mélange l'huile désasphaltée, après échange de chaleur de l'étape (b), avec la phase liquide solvant - huile désasphaltée pro- venant de la zone d'extraction. 2.- Procédé selon la rev. 1, dans lequel une partie de l'huile désasphal- tée réchauffée, provenant de l'étape (a), est mise en contact d'échange de chaleur indirect avec le résidu asphaltique, de manière à réchauffer et fluidifier ce dernier. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la température de l'huile désasphaltée est portée jusqu'à 250 - 420 C dans l'étape (a). 4.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la température de l'huile désasphaltée est portée jusqu'à 350 - 400 C dans l'étape (a). 5.- Procédé selon l'une quelconque des rev. 1 à 4, dans lequel la vapeur de solvant séparée de l'huile désasphaltée est mise en contact d'échange thermique avec la phase liquide solvant - huile désasphaltée avant que celle-ci soit soumise au mélange de l'étape (c). 2 4 95 1 7 7 6.- Procédé selon l'une quelconque des rev. I à 5, dans lequel le sol- vant est un pentane ou une coupe C5 d'hydrocarbures aliphatiques. 7.- Procédé selon l'une quelconque des rev. I à 6, dans lequel le dé- bit d'huile désasphaltée, envoyée à l'étape (a), est réglé en fonction de la quantité de chaleur à fournir à la phase fluide solvant - huile asphaltique.