Brevet FR2512001A1 — publié le 19830304

La présente invention concerne un procédé perfectionné pour la production de gaz oe synthèse par oxydation partielle d'une huile hydrocarbonée lourde. On sait dans la technique qu'un gaz de synthèse contenant comme composants principaux de l'hydrogène gazeux et du monoxyde de carbone gazeux peut être produit par oxydation partielle d'une huile hydrocarbonée lourde en l'absence de catalyseur à température élevée. Ce procédé est actuellement utilisé à l'échelle industrielle. Diverses améliorations de ce procédé de production de gaz de synthèse par oxydation partielle d'une huile hydrocarbonée lourde ont été proposées et concernent par exemple le remplacement de l'huile de départ, une modification de la composition du gaz de synthèse formé (c'est-à-dire une modification du rapport de l'hydrogène gazeux et du monoxyle de carbone dans le gaz de synthèse selon l'usage auquel on le destine) et le traitement et l'utilisation efficace des matières carbonées formées comme sous-produits du gaz de synthèse. Par exemple, une amélioration concerne les matières carbonées (par exemple le carbone) formées comme sous-produits de l'oxydation partielle de l'huile hydrocarbonée lourde. En pratique générale, on mélange les matières carbonées avec de l'eau pour former une suspension qui est ensuite récupérée d'un réacteur d'oxydation partielle (c'est-à-dire un générateur de gaz). Des techniques de production de gaz de synthèse par oxydation partielle de mélanges de ces matières carbonées formées comme sous-produits et d'une huile hydrocarbonée lourde ont été mises au point (voir le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 016 103). De façon spécifique dans ces techniques, le gaz de syli- thèse est obtenu comme suit. On met en contact la suspension des matières carbonées dans l'eau avec une huile hydrocarbonée légère, telle qu'un naphta, par mélange mutuel. La phase d'huile hydrocarbonée obtenue, contenant les matières carbonées qui ont migré, est ensuite séparée de la phase aqueuse. La phase d'huile hydrocarbonée séparée contenant les matières carbonées est mélangée avec l'huile lourde de départ pour li oxydation partielle. Ensuite, le mélange obtenu est soumis à une opération de distillation (par exemple une rectification) pour séparer le composant constitué par l'huile hydrocarbonée lourde contenant les matières carbonées et le composant constitué par l'huile hydrocarbonée légère. le composant constitué d'huile hydrocarbonée lourde ainsi obtenu est introduit avec l'huile hydrocarbonée lourde de départ dans un générateur de gaz et est partiellement oxydé pour produire du gaz de synthèse. Ainsi les matières carbonées formées comme sousproduits dans l'oxydation partielle de l'huile hydrocarbonée lourde sont récupérées et utilisées de façon efficace comme matières de départ pour la production du gaz de synthèse.Par conséquent, ces procédés de production de gaz de synthèse comprenant la récupération et la réutilisation efflcace des matières carbonées sont très avantageux du point de vue pratique. le but de l'invention est d'améliorer encore les procédés de préparation de gaz de synthèse précités comprenant la récupération et la réutilisation des sous-produits carbonés de l'oxydation partielle de l'huile de départ, telle que 1' huile hydrocarbonée lourde précitée. D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante. L'invention concerne un procédé de préparation de az de synthèse qui comprend les stades de - désasphaltage au solvant d'une huile hydrocarbonée lourde et d'un mélange de matières carbonées et d'huile hydrocarbonée légère en utilisant l'huile hydrocarbonée légère comme huile de désasphaltage; et - oxydation partielle du mélange obtenu de matières carbonées et d'asphalte pour produire du gaz de synthèse. ledit mélange de matières carbonées et d'huile hydrocarbonées légère est obtenu par mise en contact de i) une suspension contenant des matieres carbonées formées comme sousproduits de l'oxydation partielle du mélange des matières carbones et de l'asphalte dans l'eau avec t2) une huile hydrocarbonée légère puis séparation de la phase huileuse et la phase aqueuse du mélange obtenu. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrintion qui suit et en regard de la figure unique du dessin annexé qui est un diagramme de fonctionnement illustrant un nrocédé de préparation de gaz de synthèse selon le mode de réalisation préféré de l'invention. L'expression "huile hydrocarbonée lourde" utilisée ici désigne diverses huiles hydrocarbonées liauides ayant un point d'ébullition relativement élevé, telles qu'une huile résiduelle réduite, une huile brute étêtée, une huile brute entière (y compris un pétrole dérivant par exemple de sable asnhaltique et de schiste bitumineux) et un charbon liquéfié. L'expression "huile hydrocarbonée légère" désigne ici diverses huiles hydrocarbonées ayant un point d'ébullition relativement bas et contenant principalement des hydrocarbures paraffiniques, tels que le gaz de pétrole liquéfié, cons titube principalement d'hydrocarbures en C3 à C4, et un naphta léger constitué principalement d'hydrocarbures en C5 à C6. Dans la pratique de l'invention, l'huile hydrocarbonée lourde n'est pas soumise directement à une réaction d'oxydation-partielle. L'huile hydrocarbonée lourde est tout d'abord soumise à une opération de désasphaltage au solvant pour séparer l'huile désasphaltée et l'asphalte. l'asphalte ainsi séparé de l'huile hydrocarbonée lourde est ensuite partiellement oxydé. Donc, l'huile hydrocarbonée lourde est ensuite introduite dans l'appareil 12 de désasphaltage au solvant par une canalisation 11. Un solvant de désasphaltage (huile hydrocarbonée légère) est également introduit par une canalisation 13 dans l'appareil 12 de désasphaltage au solvant. le désasphaltage au solvant est ensuite effectué de façon clas sique. l'huile désasphaltée et le solvant de désasphaltage sont récupérés par une canalisation 14 puis sont conduits dans un séparateur d'huile désasphaltée (séparateur dthDA) 15 après refroidissement. L'huile désasphaltée est séparee du solvant de désasphaltage dans le séparateur å'lEDA 15. le solvant de désasphalbage séparé est évacué par une canalisation 16 de récunération du solvant et, après refroidissement, est introduit dans un réservoir de solvant 17 pour être stocké. L'huile désasphaltée séparée dans le séparateur d'HDA 15 est évacuée par une canalisation 18 de récupération de l'huile désasphaltée puis est introduite dans un rectificateur d' huile désasphaltée (rectificateur d'E3A) 19. De la vapeur d' eau est également introduite dans le rectificateur d'HDA 19 par une canalisation 20, si bien que le solvant de désasphaltage demeurant partiellement dans l'huile désasphaltée est récupéré. le solvant récupéré est introduit dans le réservoir de solvant 17 par une canalisation de récupération 21 aprèa refroidissement. L'huile désasphaltée rectifiée est évacuée du rectificateur d'HDA 19 par une canalisation 22. l'asphalte séparé dans l'appareil 12 de désasphaltage au solvant est récupéré par une canalisation 23 et est chauffé dans un réchauffeur 24 de l'asphalte. l'asphalte chauffé est introduit dans un séparateur d'asphalte 25. Ainsi, le solvant de désasphaltage demeurant dans l'huile désasphaltée estsé- paré dans le séparateur d'asphalte 25. le solvant séparé est récupéré par une canalisation 26 et est introduit dans le réservoir de solvant 17 après refroidissement. L'asphalte séparé est évacué du séparateur d'asphalte 25 par une canalisation 27 et est conduit dans un rectificateur d'asphalte 28. De la vapeur d'eau est introduite simultanément dans le rectificateur d'asphalte 28 par une canalisation 29 si bien que le solvant de désasphaltage demeurant dans l'asphalte est récupéré. le solvant récupéré est introduit dans le réservoir de solvant 17 par une canalisation de récupération de solvant 30 après refroidissement. L'asphalte séparé dans le rectificateur d'asphalte 28 est évacué par une canalisation 31 et introduit dans un générateur de gaz (réacteur d'oxydation partielle) 72. Dans le générateur de gaz 32, de l'oxygène et de la va neur d'eau sont introduits simultanément, respectivement mar des canalisations 33 et 34. Ainsi, l'asphalte est partielle ment oxydé dans le générateur de gaz 32 dans des conditions classiques consistant par exemple en une tempratl.re de 4200 a 15C00 C et une pression de 2G bars ou plus pour former a gaz de synthèse (contenant principalement de l'hydrogène et du monoxyle de carbone) et de la vapeur d'eau.. Le gaz de synthèse et la vapeur d'eau obtenus sont refroidis brusquement dans la partie inférieure du générateur de gaz 72 et sont évacués du générateur de gaz 32 par une canalisation 95. zISe gaz de synthèse et la vapeur d'eau sont introduits dans un laveur de carbone 36 et les matières solides carbonées contenues dans le gaz de synthèse comme contaminants sont élii- nées par de l'eau pulvérisée introduite par une canalisation 37. te gaz de 7anthèse épuré et la vapeur d'eau sont évacués par une canalisation 38. La suspension contenant de l'eau et les matières carbonées séparées du gaz de synthèse dans le laveur de carbone 36 est évacuée par une canalisation 39 et introduite dans la partie inférieure du générateur de gaz 32. La suspens ion est donc utilisée pour refroidir le gaz de synthèse, et la vapeur d'eau et les matières carbonées sont renvoyées dans la partie inférieure du générateur de gaz 32. La suspension contenant les matières carbonées dans I' eau est évacuée du générateur de gaz 32 et introduite dans un mélangeur 41 après refroidissement. le solvant est simultanément introduit par des canalisations 42 et 47 à partir du réservoir de solvant 17. la suspension contenant les matières carbonées dans l'eau est mise en contact intime avec le solvant par mélange dans le mélangeur 41. De ce fait, les matières carbonées de la phase aqueuse sont transférées dans la phase de solvant. Un mélange des matières carbonées du solvant et de l'eau est évacué du mélangeur 41 par une canalisation 44 et est introduit dans un décanteur 45 où la phase de solvant contenant les matières carbonées et la phase aqueuse sont séparées. le mélange des matières carbonées et de solvant séparé comme ccuche supérieure dans le décanteur 45 est évacué du décan teur 45 par une canalisation 46 et est introduit dans l'appareil 12 de désasphaltage au solvant. Ainsi, le solvant est à nouveau utilisé comme solvant de désasphaltage. L'eau séparée comme couche inférieure dans le décanteur 45 est évacuée par la canalisation 47 et introduite avec l'eau d'alimentation amrortée par une canalisation 47 au laveur de carbone 36. Ainsi, liteau est utilisée comme eau d'épuration pour éliminer les matières carbonées solides du gaz de synthèse. Le solvant stocké dans le réservoir de solvant 17 est évacué, après séparation de l'eau qu'il contient, du réservoir de solvant 17 par la canalisation 42 d'alimentation en solvant et une canalisation 48 et est introduit, avec le solvant d'alimentation provenant de l'extérieur par la canalisation 13, dans l'appareil 12 de désasphaltage au solvant. Ainsi, le solvant est utilisé dans l'opération de désasphaltage au solvant. Il ressort de façon évidente de ce qui vient d'être décrit que le procédé de préparation de gaz de synthèse de 1' invention se différencie de façon avantageuse des procédés classiques. Belon les procédés classiques, un mélange de matières carbonées et de solvant (c'est-à-dire d'huile hydrocarbonée légère) provenant du contact de la suspension cons titubée d'eau et des matières carbonées formées comme sousproduits dans la réaction d'oxydation partielle avec l'huile hydrocarbonée légère, est mélangé avec l'huile hydrocarbonée lourde après quoi on effectue une rectification. le mélange obtenu de matières carbonées et d'huile hydrocarbonée lourde est mélangé avec l'huile hydrocarbonée lourde de départ. le mélange obtenu est introduit directement dans un générateur de gaz de synthèse et est soumis à une réaction d'orydation partielle. Contrairement aux procédés classiques précités de préparation de gaz de synthèse, selon l'invention, le mélange de la matière carbonée et du solvant (c'est-à-dire l'huile hydrocarbonée légère) est introduit, sans être soumis à une opération de rectification, dans un appareil de désasphata- ge au solvant, avec l'huile hydrocarbonée lourde de départ. Ainsi, le mélange est soumis à un traitement de désasphalt2- ge au solvant avec emploi de l'huile hydrocarbonée légère comme solvant. Le mélange des matières carbonées et d'asphal- te dérivant du traitement de désasphaltage au solvant est in produit dans un générateur de gaz de synthèse et est soumis à une réaction d'oxydation partielle. Ainsi, selon l'invention, l'huile hydrocarbonée lourde utilisée comme matière de départ pour le production du gaz de synthèse n'est pas directement soumise à la réaction dto- xydation partielle pour la gazéification. L'huile hydrocarbonée lourde est tout d'abord soumise à un traitement de dé asphalte au solvant pour récupérer les composants hydrocarbonés utiles qu'elle contient, et l'asphalte obtenu est utilisé comme matière de départ pour la production de gaz de synthèse.De plus, selon l'invention, l'huile hydrocarbonée légère (c'est-à-dire le solvant) dans le mélange des matières carbonées et du solvant, se comporte cpmme un solvant de désasphaltage, car le mélange des matières carbonées et de l'huile hydrocarbonée légère dérivant du contact de la suspension constitue d'eau et des matières carbonées formées comme sous-produits dans la réaction d'oxydation partielle avec l'huile hydrocarbonée légère est renvoyé dans le désasphaltage au solvant et est soumis, avec l'huile hydrocarbonée lourde de départ, au traitement de désasphaltage au solvant. Par conséquent, la quantité d'alimentation en huile hydrocarbonée légère fralche introduite séparément dans l'appareil de désasphaltage au solvant comme solvant peut etre réduite. De plus, selon l'invention, le stade de séparation, ou de rectification, des matières carbonées et de l'huile hydrocarbonée légère, qui est indispensable dans les procédés classiques, peut etre sunFrimé. Egalement, aucun stade indépendant de sépara-ticn des matières carbonées et de l'huile hydrocarbonée légère n'est nécessaire car l'huile hydrocarbonée légère contenue dans le mélange précité des matières carbo nées et de l'huile hydrocarbonée légère, est récupérée simul tanément avec l'huile hydrocarbonée légère aJoutée îndéen- drnrent. De plus, le procédé de préparation de gaz de synthèse de l'invention a pour avantage que l'huile hydrocarbonée légère récupérée à partir de l'huile désasphaltée et de l'asphalte peut éventuellement être utilisée comme un solvant pour 1'est traction des matières carbonées de la suspension des matières carbonées dans l'eau et/ou comme un solvant de désasphaltage utile dans le traitement de désasphaltage. l'invention est de plus illustrée par l'exemple non liimitatif suivant. Exemple On effectue la préparation d'un gaz de synthèse en utilisant le procédé illustré par la figure unique du dessin annexé dans les conditions suivantes. 1 - Alimentation en huile hydrocarbonée lourde de départ de l'appareil de désasphaltage au solvant Huile résiduelle réduite dérivant d'huile brute du oyen-0rient ayant les propriétés et les teneurs en impuretés qui figurent dans le Tableau 1 : 1 000 kg. 2 - solvant utilisé dans le stade de dés asphaltage au solvant 3 500 kg de naphta et 505 kg d'un mélange de matières carbonées (carbone) et de naphta (5 kg de matières carbonées et 500 kg de naphta) obtenu par mise d'une suspension aqueuse des matières carbonées formées comme sous-produits dans la réaction de gazéification mentionnée ci-dessous, en contact avec du naphta, puis séparation. 3 - Conditions de désasphaltage au solvant Température : 700 C, Pression : 29,4 bars. 4 - Matières récupérées dans le stade de désasphaltage au solvant A - mélange d'huile désasphaltée et de naphta: 4 004 kg, B - mélange d'asphalte, de matières carbonées et de naphta: 1001 kg. - Huile désasphaltée récupérée à partir du rectifica- tueur d' huile désasphaltée uantité : c00 kg propriétés et teneurs en impuretés : voir Tableau 1. u - Asphalte et matières carbonées recupérées à partir du rectificateur d'asphalte et introduits dans le générateur de gaz Asnhalte : 200 kg altières carbonées : 5 kg -topriétés et teneurs en impuretés de l'asphalte : voir Tableau 1. 7 - Stade de production de gaz A - :laitières de départ pour la production de gaz : 2COkg de l'asphalte ci-dessus et 5 kg de matières carbonées ci-aessus. B - Réactifs de gazéification : 200 kg d'oxygène et 90kg de vapeur d'eau. C - Conditions de gazéification : 1 3500 C, 78,4 bars, 8 - Température d'alimentation du gaz de synthèse produit dans l'épurateur de carbone : 2500 C. 9 - Conditions de récupération du gaz de synthèse à partir du laveur de carbone : 2450 C, 76,4 bars. 1C - Gaz de synthèse produit A - Quantité : 560 m3 normaux (en valeur sèche) B - Composition : voir Tableau 2. 11 - Quantités de suspension de matières carbonées et d'eau évacuées du générateur de gaz et introduites dans le mélangeur Eau 500 kg et matières carbonées 5 kg. 12 - Quantité de naphta introduite dans le mélangeur 500 kg TABLEAU 1 Huile de Euile Asphalte départ désasphaltée (huile résiduel le réduite) Densité 1,013 0,970 1,125 Viscosité (m/s.10-6 à 1000 C) 500 92 -eneur en soufre en en poids) 3,9 3,3 o,0 Teneur en azote (% en poids) 0,3 0,2 0,7 Teneur en métaux (Ni+V) (ppm) 90 13 330 TABLEAU 2 Composition du gaz de synthèse produit Hydrogène gazeux 42 jO en vol. CO gazeux 49 gaz en vol. CO2 gazeux et autres gaz. 9 % en vol. XTJEIUICATIONS 1 - Procédé de préparation de gaz de synthèse, caracté ricé en ce qu'il comprend les stades suivants désasphaltage au solvant dune huile hydrocarbonée lourde et d'un mélange de matières carbonées et d'une huile hydrocarbonée légère en utilisant une huile hydrocarbonée lé zèbre comme huile de désasphaltage; et - oxydation partielle du mélange obvenu de matières carbonées et d'asphalte pour produire du gaz de synthèse, ledit mélange de matières carbonées et d'huile hydrocarbonée légère étant obtenu par mise en contact de (1) une suspension aqueuse contenant des matières carbonées formées comme sous-produits dans l'oxydation partielle du mélange des matières carbonées et de l'asphalte avec (2) une huile hydrocarbonée légère, puis séparation de la phase huileuse et de la phase aqueuse du mélange obtenu. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'huile hydrocarbonée lourde est une huile résiduelle réduite, une huile brute étêtée, une huile brute entière ou un charbon liquéfié. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'huile hydrocarbonée légère est un gaz de pétrole liquéfié ou un naphta léger. 4 - Procédé sclon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière carbonée est du carbone.