Brevet FR2566795A1 — publié le 19860103

Procédé de conversion d'une charge hydrocarbonée lourde. La présente invention, concerne un procédé de conversion d'une charge hydrocarbonée lourde, pour l'obtention d'au moins un produit hydrocarboné ayant une masse volumique inférieure à celle de la charge. Par charge hydrocarbonée lourde, on entend, EU sens de la présente invention, une charge ayant une masse volumique à 150C supérieure à environ 930 kg/m3, composée essentiellement d'hydrocarbures, mais pouvant également contenir d 'autres canposés chimiques, qui, outre des atomes de carbone et d'hydrogène, possèdent des hétéroatomes, comme l'oxygène, l'azote, le soufre, ou encore des métaux comme le vanadiun et le nickel. Cette charge peut être constituée, notamment, par un pétrole brut ou une huile lourde ayant la masse volumique indiquée cidessus. La charge peut provenir également du fractionnement ou du traitement d'un pétrole brut, d'une huile lourde, de schistes bitumineux ou même de charbon. En raison de l'augmentation rapide, ces dernières années, du prix du pétrole brut, les économies d'énergie ont pris une grande importance. Ch cherche à valoriser de plus en plus les produits hydrocarbonés ayant une masse volumique élevée, ce qui n'était pas le cas auparavant. Cette recherche de la valorisation des produits s lourds devient en outre plus pressante, car il est prévu que la vente de produits légers comme les carburants va augmenter relativement plus rapidement que celle des produits plus lourds comme les fuelolls. On assiste donc - d'une part, à la recherche de la valorisation des produits lourds, issus par exemple du fractionnement du pétrole brut, - d'autre part, à une demande de plus en plus importante de pétroles bruts légers, dont le prix augmente donc plus rapidement que celui des pétroles bruts lourds. Dans le cas des pétroles bruts lourds, il peut êt re interessant de transformer le pétrole brut lourd en pétrole brut léger sur le champ de production avant le transport. Ce pétrole brut plus léger est carunément appelé "pétrole brut synthétique". La partie la plus lourde des charges hydrocarbonées lourdes est constituée d'un mélange d'une phase huileuse et d'une phase asphaltique. Ainsi qu'il a été dit cidessus, les charges hydrocarbonées lourdes contiennent des composés possédant, outre des atomes d'hydrogène et de carbone, des hétéroatomes comme l'oxygène, l'azote, le soufre et des métaux. Certains de ces composes, notamment ceux possédant des métaux, sont contenus en particulier dans la phase asphaltique. On désigne sous le nan d'asphaltènes les composés qui peuvent être précités par addition à la charge d'un hydrocarture tel qu'un hydrocarbure aliphatique saturé (pentane hexane, heptane). La teneur en asphaltènes d'un produit, selon la norme AFNOR NET 60-115, est déterminée par une précipitation à l'aide de 1' heptane. le s asphaltènes sont contenus principalement dans la Phase asphaltique. La phase huileuse et la phase asphaltique sont séparées par l'opération qui consiste à extraire du résidu la phase huileuse à l'aide d'un solvant. Ce solvant peut être choisi dans le grope consitué par - les hydrocarbures aliphatiques, saturés ou non saturés, ayant de 2 à 8 atomes de carbones, seuls ou en mélange, - les mélanges d'hydrocarbures, appelés distillats, agent des poids moléculaires voisins de ceux des hydrocarbures ayant de 2 à 8 atomes de carbone, - les mélanges de tous les hydrocarbures précédemment cités. La Demanderesse a conçu un moyen d' obtenir au moins un produit léger à partir d'une charge hydrocarbonée lourde par un procédé intégrant une étape d'extraction par par solvant. le but de la présente invention est donc l'obtention d'un produit hydrocarboné léger à partir d'une charge hydrocarbonée lourde ayant une masse volunique supérieure, ledit produit hydrocarboné léger pouvant constituer du pétrole brut syntnétique. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de conversion d'une charge hydrocarbonée lourde en au moins un produit hydrocarboné ayant une masse volumique inférieure à celle de ladite charge, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes a) un traitement par un solvant de la charge hydrocarbonée, ledit traitement conduisant à l'obtention - d'une part, d'une phase huileuse, - d'autre part, d'une phase asphaltique, b) un traitement thermique de la phase huileuse obtenue dans l'étape "a", c) un fractionnement de l'effluent résultant du traitement thermique de l'étape "b", ledit fractionnement conduisant à l'obtention (1) d'une fraction A, contenant de l'hydrogène, de l'hydrogène sulfuré et des hydrocarbures de points d'ébullition peu élevés, (2) d'au moins une fraction B, constituée en majeure partie d'hydrocarbures de points d'ébullition supérieurs à ceux de la fraction A, (3). d'une fraction C;, constituée en majeure partie d'hydrocarbures de points d'ébullition supérieurs à ceux de la fraction B, ladite fraction C étant fractionnée en au moins deux fractions C1 et C2, la fraction la plus lourde C2 étant recyclée ai traitement de l'étape "a", ladite fraction B obtenue dans l'étape "c" constituant au moins en partie ledit produit hydrocarboné ayant une masse volumique inférieure à celle de la charge. L'invention sera mieux comprise par la description ci-après des figures 1 et 2 des dessins annexés, qui représentent, à titre non limitatif, deux types d'unités mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. En référence à la Figure 1, on introduit, par la ligne 1, la charge hydrocarbonée lourde, par exemple une huile de masse volumique à 15 C supérieure à 930 kg/m3, dans la partie médiane d'un extracteurliquide-liquide 2. Dans l'extracteur 2, la phase huileuse est extraite de la charge par un solvant, qui est introduit dans l'extracteur par la ligne 3. Ce solvant peut être notamment un hydrocarture aliphatique, saturé ou non saturé, ayant de 2 à 8 atomes de carbone, de préférence de 3 à 5 atones de carbone, ou les nélarges d'hydrocarbures, appelés distillats, ayant des poids moléculaires voisins de ceux des hydrocarbures ayant de 2 à 8 atones de carbone, ou les rnélanges de tous les hydrocarbures précédemment cités. Le solvant du démarrage de l'unité provient d'une source extérieure à l'unité par l'intermédiaire de la lige 4 les pertes de solvant peuvent être compensées soit par des produits provenant de l'unité, comme il sera expliqué plus loin, soit par un appoint extérieur, amené par la ligne 4. La pression à l'intérieur de l'extracteur 2 peut être comprise entre 1.105 et 1.107 pascals absolus, la température entre 15et solv@nt charge On recueille en tête de l'extracteur 2, par la ligne5, la phase huileuse en solution dans le solvant. Q mélange est conduit par la ligne 5 dans un ensemble de fractionnement 6. Dans un hi t simplification, cet ensemble n'a pas été représenté en détail, mai s il comprend, en général, un régulateur contrôlant une chute de pression et des évaporateurs. A la sortie de l'ensemble 6, on recueille, d'une part, par la ligne 7, du solvant qui est recyclé vers l'extracteur2 par l'intennédiaire de la ligne 3 et, d'autre part, par la ligne8, la phase huileuse, qui est conduite dans une enceinte 9 où elle subit un traitement thermique à une température qui peut re rotamment comprise entre 400 et 5000C et à une pression qui peut être comprise entre 1.105 et 2.107 pascals absolus, pendant un temps de séjour compris entre 500 secondes, exprimé à une température de référence de 420 C. On récupère, au fond de l'extracteur 2, la phase asphaltique précipitée et du solvant. Ce mélange est conduit par la ligie 10 dans un ensemble de fractionnement 11, qui comprend en général Ln four, un évaporateur et une colonne d'entraînement à la vapeur d ' eau. On recueille à la sortie de l'ensemble 11, d'une part, par la ligne 12, du solvant, qui est recyclé à l'extracteur 2, par l'intermédiaire de la ligne 3, et, d'autre part, par la lignel3, la phase asphaltique, qui peut être utilisée avantageusement comme combustible. L'intérêt du procédé réside notamment dans le fait que, comme il a été décrit ci-dessus, la charge du traitement thermique contient peu d'asphalténes, qui ont été séparés lors asphaltique da la ligne 13. En effet, ceci permet d'effectuer une conversion plus poussée lors du traitement thermique. Un autre avantage du procédé est que la phase asphaltique contient la plus grande partie des métaux, ainsi que les sels, de la charge initiale, ce qui évite donc une opération préalable de dessalage de la charge. L'effluent recueilli à la sortie de l'enceinte 9, par la ligne 14, est conduit dans un ensemble de fractionnement 15, fonctionnant à une pression voisine de la pression atmosphérique. Le fractionnement est conduit de telle faon que l'on recueille à la sortie de l'ensemble 15 - par la ligne 16, de l'hydrqgène, de l'hydrcgène ailfuré et la majeure partie des hydrocarbures de points d'ébullition inférieurs au point d'ébullition initial du solvant utilisé dans l'ext racteur, - par la ligne 17, une fraction ayant des points d' ébullition initial et final correspondant à ceux du solvant d'extraction, - par la ligne 18, une fraction ayant un point d' ébullition initial supérieur à celui du point d'ébullition final du solvant de désasphaltage et un point d'ébullition final compris entre 350 C et 450 C (on peut concevoir d'ailleurs que le fractionnement dans l'ensemble 15 soit effectué de telle façon que les produits constituant la fraction recueillie par la ligne 18 soient fractionnés en deux ou plusieurs parties, suivant la qualité des produits que l'on désire obtenir), - par la ligne 19, un résidu, dont le point d'ébullition initial est compris entre environ 3500C et 45O'C. La fraction recueillie par la ligne 16 peut entre, après élimination de l'hydrogène sulfuré, utilisée comme combustible dans ur, four. La fraction recueillie par la ligne 17, présentant des pDints d'ébullition initial et final correspondant à ceux du solvant d'extraction, peut servir d'appoint de solvant d'extraction et êt re recyclée à l'extracteur 2 par lintenr.édiaire des ligies 20, 4et 3, ce qui est un autre avantage du procédé selon l'invention. Elle peut également servir à reconstituer, au moins en partie, dans le bac 22, du brut synthétique qui est recueilli par la ligne 24. La fraction recueillie par la ligne 18 peut être utilisée telle quelle ou être conduite dans le bac 22 pour servir, en partie, à reconstituer le brut synthétique. Une partie ai rnoins du résidu du fractionnement recueilli par la ligne 19 est conduit dans un ensemble de fractionnement 23, fonctionnant sous pression réduite, le complément pouvant servir à reconstituer le brut syntnétique. Le fractionnement dans l'ensemble 23 est conduit de telle iSçon que l'on recueille, à la sortie de cet ensemble - par la ligne 25, une fraction ayant un point d'êbullition initial compris entre environ 350 C et 450 C (on peut d 'ailleurs concevoir que le fractionnement dans l'ensemble 23 soit effectué de telle façon que les produits constituant la fraction recueillie par la ligne 25 soient fractionnés en deux ou plusieurs parties suivant la qualité des produits que l'on désire obtenir), - par la ligne 26, un résidu de point d'ébullition initial compris entre environ 500 C et 6000C. La fraction recueillie par la ligne 25 peut, au moins en partie, être utilisée telle quelle, ou être conduite par la ligne 25 dans le bac 22, pour servir, en partie, à reconstituer le brut synthétique. La fraction recueillie par la ligne 26 peut Entre recyclée, en totalité ou en partie, à la ligie 1, pour etre utilisée comme charge de l'extracteur 2. En référence à la figure 2, qui représente 'ne unité d'un type voisin de celle représentée sur la figure 1, les éléments identiques à ceux de l'unité représentée par la figure 1 ont été repérés par les mêmes ncmbres, affectés de l'indice La change conduite par la ligne 26' dans l'extracteur 2' est constituée par le résidu d'un fractionnement sous pression réduite effectué dans l'ensemble 23', semblable à l'ensemble 23 de la figure 1.L'ensemble 23' est alimenté par la ligne 101 par le résidu d'un fractionnement à une pression voisine de la pression atnospiérlque (non représenté) d'un pétrole brut et par la ligne 19' par le résidu de l'ensemble de fractionnement sous pression atmpsphérique 15'. Le résidu de la ligne 26' a un point d'êbullition initial compris entre environ 500 C et 600 C. La fraction recueillie par la ligne 25' a un point d'ébullition initial conpris entre environ 3500C et 4500C et peut être utilisée telle quelle. I1 en est de même pour les fractions 21' et 18'. Les exemples qui suivent sont destinés à illustrer l'invention de façon non limitative. EXEMPLE 1 Cet exemple conceme le traitement, par le procédé selon l'invention, d'une charge constituée par une huile lourde, en vue de l'obtention d'un pétrole brut synthétique. Ce type de traitement peut être effectué notamnent sur lé champ de production. L'huile lourde est constituée par un pétrole brut BOSCAN Le traitement est effectué dans une installation di type de celle représentée -sur la figure 1 en recyclant le résidu de la 1 ligne 26 à la charge de la ligne 1. Les caractéristiques de la charte de la ligie 1 sont les suivantes : - masse volumique à 15 C (mesurée selon la norme AFNOR NFT 60-101) : 992 kg/m3, - viscosité à 100 C (mesurée selon la norme AFNOR NFT 60-100) 135 centistokes, - teneur en * asphaltènes (mesurée selon la norme AFNOR NFT 60-115) 10,6 % en poids, * soufre (mesurée par fluorescence) : 4,99 % en poids, * nickel (mesurée par fluorescence X) : 98 p.p.rn., * vanadium (mesurée par fluorescence X) : 961 p.p.m. La charge et le résidu recyclé, dans des proportions respectives de 70% en poids et de 30 % en poids, sont sounis à une opération d'extraction par solvant dans les conditions suivantes - température : 175 C, - pression : 40 bar, - taux massique solvant : 3. charge + résidu recyclé On utilise comme solvant une coupe d'hydrocarbures ayant la composition suivante (en % en poids) : - pentanes : 52, - hexanes : 45,5, - heptanes : 2,5. Les rendements obtenue sont les suivants, en % en poids, par rapport au mélange charge + résidu récyclé : - rendement en phase huileuse (ligne e) : 67, - rendement en phase asphaltique (ligne 13) : 33. Les caractéristiques de la phase huileuse obtenue par la ligne 8 sont les suivantes : - masse volumique à 15 C : 980 kg/m3, - viscosité à 100 C : 104 centistokes, - teneur en * asphaltènes : 0,1 % en poids, * soufre : 5,1 % en poids, * nickel : 35 p.p.m., * vanadium: 358 p.p.m. La phase huileuse est ensuite soumise à un traitement thermique, à une température de 420 C et sous une pression de 30 bar, pendant un temps de séjour de 2200 secondes. L'effluent de la ligie 14 est soumis à un fractionnement sous pression atmosphérique dans l'enceinte 15. Les rendements, en % poids, par rapport à l'effluent de la ligne 14, des produits obtenus à la sortie de l'enceinte 1 Se t leurs points d'ébullition sous la pression atmosphérique sont donnés ciaprès ( Ligne : Rendement : Po Points d'ébullition ) en (% en poids) 16 3 25 C (gaz) 17 5 25 à 150 C 18 25 150 à 370 C ( 19 : 67 37000 3 ( : : ) Le résidu de la ligne 19 est sounis à un fractionnement Sous pression réduite dans l'enceinte 23. Les rendements en % en poids, par rapport au résidu de la ligne 19, - des produits obtenus à la~sortie de l'enceinte 23 et leurs points d'ébullition, rapportés à la pression atmosphérique, sont donnés ci-après Ligne Rendement Points d'ébullition ) (% en poids) ) 25 33 370 à 520 C 26 67 520 C Les fractions des lignes 21, 18 et 25 sont conduites dans le bac 22 pour reconstituer un brut synthétique dont les caractéristiques sont les suivants - masse volumique à 15 C : 900 kg/m3, - viscosité à 50 C 15 centistokes, - teneur en * asphaltènes : 0,05 % en poids, * soufre : 3,8 % en poids, * nickel : 1 p.p.m., * vanadiun 1 p.p.m. Le procédé selon l'invention permet donc d'obtenir, a partir d'un pétrole brut lourd, un pétrole brut synthétique ayant une nasse volumique plus faible et contenant peu d'asphaltènes et peu de métaux. EXEMPLE 2 Cet exemple concerne le traitement par le procédé selon l'invention, d'une charge constituée par le résidu de distillation sous pression réduite d'un pétrole brut, en vue de 1' obtention de produits hydrocarbonés ayant des masses volumiques inférieures. Ce type de traitement peut être effectué dans une raffinerie. Le traitement est effectué dans une installaticn du type de celle représentée sur la figure 2, en recyclant le - résidu de - la ligne 19'. Le produit de départ amené par la ligne 101 e st constitué par le résidu de distillation sous pression atmosphérique d'un pétrole brut SAFANYIA. Les caractéristiques du produit de la ligne i 01 sont les suivantes : - masse volumique à 15 C : 988 kg/m3, - viscosité à 50 C : 2534 centistokes, - viscosité à 100 C : 117 centistdces, - teneur en * asphaltènes: : 7,3 % en poids, * soufre : 4,33 % en poids, * nickel : 29 p.p.m., * vanediun : 99 p.p.m. Le produit de la ligne 101 et le résidu recyclé' de la ligne 19', dans des proportions respectives de 63 % en poids et de 37 % en poids, sont soumis à un fractionnement sous pression réduite dans l'enceinte 23'. On recueille à la sortie de l'enceinte 23', -par la ligne 25', une fraction representant 36,4 % en poids, des mélanges du produit de la ligne 101 et du résidu de la ligne 19' et, par la ligne 26', une fraction représentant 63,6 % en poids dudit mélange. Les caractéristiques de la fraction de la ligne 25" sont les suivantes - masse volumique à 1500 : 925 kg/m3, - viscosité à 1000C . 9,2 centistos, - teneur en * asphaltènes : 0,05 % en poids, * soufre ; 3,08 % en poids, * nickel 1 p.p.m. * vanadiun 1 p.p.m. La fraction de la ligne 25 peut être utilisée comme charge d'une unité de conversion catalytique. Les caractéristiques de la fraction de la ligie 26' sont les suivantes - masse volumique à 15 C : : 1036 kg/m3, - viscosité à 10000 2045 centistokes, teneur en * asphaltènes : 15,1 % en poids, *soufre 4,99 % en poids, * nickel 43 p.p.m., * vanadiun 147 p.p.m. La fraction de la ligne 26', constituant la charge du procédé selon l'invention, est soumise à une opération d'extraction par solvant dans les conditions suivantes - température : 185 C, - pression : 40 bar, solvant charge On utilise le même solvant que dans l'exemple 1. Les rendements obtenus sont les suivants - rendement en phase huileuse (ligne 8') : 7 73,4 %, - rendement en phase asphaltique (ligne 13') : 26,6 %. Les caractéristiques de la phase huileuse dDtenue Sont les suivantes - masse volumique à 15 C : 1004 kg/m3, - viscosité à 100 C : 284 centistokes, - teneur en * asphaltenes : 0,8 % en poids, * soufre : 4,4 % en poids, *nickel : 9 p.p.m., * vanadium : 34 p.p.m. La phase huileuse est soumise ensuite à tri traitement thermique, à une température de 4200C et sous une pression de 30 bar, pendant un temps de 2200 secondes. L'effluent de la ligie 14' est soumis à.u fractionnement à la pression atmosphérique dans l'enceinte 15'. Les rendements en % en poids, par rapport à l'effluent de la ligne 14', des produits obtenus à la sortie de l'enceinte 1 S et leurs points d'ébullition à la pression atmospoérique sont donnés ci-après Ligne Rendement Points d'êbullition (% en poids) 16' 2,6 25 C (gaz) 17' -3,7 : 25 à 150 C ( 18' : 16,8 : 150-à 370 C 19' 76,9 370 C Les fractions des ligies 17' et 18' ont les caractéristiques suivantes Ligne 17' Ligne 18' - masse volumique à 150C en kg/m3 : 750 870 - teneur en soufre en % en poids : 0,90 3,05 Le procédé selon l'invention permet donc d'obtenir, à partir d'une charge hydrocarbonée lourde, des produits hydrocarbonés ayant une masse volumique inférieure. Ces produits peuvent autre utilisés comme carburant ou combustible. PEVENDICATIONS 1.- Procédé de conversion d'une charge hydrocarbonée lourde - en au moins un produit hydrocaitoné ayant une masse volumique inférieure à celle de ladite charge, ledit procéoé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes a) un traitement par un solvant de la charge hydrocarbonée, ledit traitement conduisant à l'obtention :: - d'une part, d'un phase huileuse, - d'autre part, d'une phase esphaltique, b) un traitement thermique de la phase huileuse obtenue dans l'étape "a", c) un fractionnement de l'effluent résultant. du traitement thermique de l'étape "b'!, ledit fractionnement conduisant à l'obtention 1- d'une fraction A contenant de l'hydrogène, de l'hydrogène sulfuré et des hydrocarbures de points d' ébullition peu élevés, 2- d'au moins une fraction B, constituée en majeure partie d'hydrocarbures de points d'ébullition plus élevés que ceux de la fraction A, 3- d'une fraction C, constituée en majeure partie d'hydrocarbures de poids moléculaires plus élevés que ceux de la fraction B, ladite fraction C étant fractionnée en au moins deux fractions C1 et C2, la fraction la plus lourde C2 étant recyclée a traitement de l'étape "a", ladite fraction B obtenue dans l'étape "c" constituant au moins en partie ledit produit hydrocarboné ayant une masse volumique inférieure à celle de la charge. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé an oe que le traitement thermique de l'étape b est conduit à une température comprise entre 400 et 500 C et sous une pression comprise entre 1.105 et 2.107 pascals absolus, avec un temps de séjour compris entre 500 et 5 000 secondes, exprirré à une température de référence de 4200C. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 e t 2, caractérisé en@ce que le fractionnement de l'effluent résultant de l'étape "b" est effectué de telle façon qu'il conduit à l'obtention : (1) d'une fraction A contenant de l'hydrogène, de l'hydrogène sulfuré et la majeure partie des hydrocarbures de points d'ébullition inférieurs au point d'ébullition initiai du solvant utilisé dans l'étape "a", (2) d'une fraction Bi ayant des points d'ebullition initial et final oerrespondant à ceux du solvant utilisé dans l'étape "a", (3) d'une fraction B2 ayant un point d'ébullition initial supérieur à celui du point final du solvant de l'étape "a" et un point d'ébullition final compris entre environ 35000 et 450 C, (4) d'une fraction C ayant un point d'ébullition initial compris entre environ 3500C et 450 C, lesdites fractions B1 et/ou B2 constituant au moins en partie ledit produit hydrocarboné ayant une masse volunique inférieure à celle de la charge. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 e t 2, caractérisé en ce que la fraction C2 est recyclée à la char initiale du procédé. 5.- Procédé selon l'une des revendications 1 e t 2, caractérisé en ce que la fraction C2 est additionnée au résidu du fractionnement sous pression atmosphérique d'un pétrole brut et en Q que la fraction la plus lourde du fractionnement sous pression réduite du mélange ainsi obtenu constitue la charge hydrocarbonée lourde. 6.- Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la fraction B1 est utilisée cnmme solvant dans l'étape "a". 7.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins une partie des fractions B et/ou B1 et/ou B2 etlou C1 sont additionnées pour reconstituer un pétrole brut synthétique.