Brevet FR2810671A1 — publié le 20011228

Le procédé objet de la présente demande est un procédé pour désulfurer des coupes hydrocarbonées contenant moins 3 % d'oléfines et du soufre sous forme de composés thiophèniques bcnzothiophèniques à des teneurs au moins supérieurs à 5 ppm et pouvant aller jusqu'à 3 % poids. Ce procédé caractérisé par le fait que les points d'ébullition de cette coupe sont inférieurs ou égaux 350 C. Cette coupe peut contenir du benzène. Il s'agit donc d'essence provenant soit tout, soit en partie (au moins 10 poids), de tout procédé de conversion connu de l'homme de l'art. Les essences provenant de procédés de craquage catalytique constituent 40 % du pool essence en France. Elles sont très intéressantes car elles possèdent des teneurs importantes en hydrocarbures insaturés de oléfinique. oléfines confèrent à ces essences des indices d'octane élevés. Cependant, elles possèdent teneur parfois importante en soufre comprise entre 0,1 et 1 %. Dans les spécifications européennes, la teneur en soufre dans les essences pour commercialisation doit atteindre 50 voire 10 ppm dans un proche futur. Pour atteindre cet objectif, il est le plus souvent utilisé un procédé d'hydrodésulfuration classique. procédé bien connu de l'homme de l'art consiste à hydrogéner ces produits afin d'éliminer le soufre sous forme gazeuse ou H2S. L'inconvénient des différents procédés d'hydrodésulfuiation actuellement utilisés est qu'ils hydrogènent aussi les oléfines quels que soient les catalyseurs employés. Cette hydrogénation oléfines se traduit par une baisse important de l'indice d'octane, propriété très importante pour le raffineur. Le procédé revendiqué par la demanderesse consiste à alourdir sélectivement les composés soufrés contenus dans les essences permettant ainsi de les séparer par distillation des oléfines. Il ne reste plus qu'à hydrogéner une coupe ne contenant plus que du soufre et totalement dépourvue d'oléfines. L'autre coupe dépourvue de soufre et contenant des oléfines ne subit pas d'hydrogénation. La présente invention permet de ne pas procéder à l'élimination des composés azotés présents dans les charges à traiter. La présence de tels composés obligeait, soit à utiliser un tout autre type d'enchaînements soit dans le cas où l'on souhaite éliminer le thiophène ou les composés thiophéniques, à se débarrasser ces composés azotés, généralement basiques, par un lavage à l'acide ou par utilisation d'un lit de garde. L'essence (ou a) pouvant contenir des dioléfines est injectée dans une unité d'hydrogénation des dioléfines A. Cette étape A ainsi que l'étape C ci-dessous, sont facultatives si la charge est dépourvue de dioléfines. De l'hydrogène est donc injecté. La charge et l'hydrogène sont mis en contact avec un catalyseur d'hydrogénation. Cette étape d'hydrogénation des dioléfines est connue de l'homme de l'art. Après hydrogénation, l'effluent est envoyé dans une unité de séparation B qui peut être un ballon de vaporisation, un splitteur ou colonne de distillation afin de séparer les effluents en deux coupes: - une coupe dite légère (ou P)dont les points d'ébullition sont inférieurs à 60 C. Cette température est donnée à titre indicatif, il s'agit en fait de la température maximale dans laquelle teneur en thiophène est inférieure a 5 ppm, - une coupe dite lourde (ou y)dont les points d'ébullition sont supérieurs à 60 C. La coupe légère est ensuite injectée dans un ballon de séparation gaz liquide afin séparer l'hydrogène non consommé et de l'H2S des oléfines possédant généralement de 5 à 7 atomes de carbone. La coupe dite lourde (ou y) c'est-à-dire la coupe dont les températures sont supérieures à 60 C est transportée dans colonne de distillation D ou tout autre procédé de séparation capable de séparer cette coupe en deux coupes: - une coupe r1) dont les points d'ébullition à titre d'exemple sont au minimum de 60 C et au maximum de 150 C voire 180 C. Ces températures à titre de repère correspondent aux températures d'ébullition composés chimiques. 60 C est la température d'ébullition (eutectique) du thiophène et 180 C correspond à la température d'ébullition de l'aniline, - une coupe plus lourde (ou (p) dont les points d'ébullition sont supérieurs à 180 C voire à 150 C. La coupe lourde (ou (p) dont les températures d'ébullition sont supérieures à 1 voire 180 C est envoyée à une unité d'hydrodésulfuration classique G et connu de l'homme de l'art. La coupe légère il) dont les points d'ébullition sont compris entre 60 C et 1 (voire 150 C) est envoyée, après mélange avec une partie des oléfines dans une unité d'alkylation. Les composés thiophéniques et le benzène contenus dans la coupe 60 C-180 C vont réagir en totalité avec les oléfines pour former des alkyls thiophènes ou des alkyls benzène selon la réaction suivante pour le thiophène: Ces composés de poids moléculaires plus élevés sont surtout caractérisés par des températures d'ébullition plus élevées que celles qu'ils avaient avant alkylation. Ainsi la température théorique d'ébullition qui est de 80 C se trouvent déplacé vers 250 C pour les alkyls thiophènes. 2810671 Cette étape d'alkylation est effectuée en présence de catalyseur acide. Ce catalyseur peut être indifféremment une resine, une zéolithe, une argile ou tout silico-aluminate présentant une acidité quelconque. Le rapport du volume de charge injecté sur le volume de catalyseur est compris entre 0,1 et 10 litre/litre/heure et de préférence entre 0,5 et 4 litre/litre/heure. Plus précisément, cette étape d'alkylation est effectuée en présence moins un catalyseur acide choisi dans le groupe formé par les silicoaluminates les titanosilicates, les mixtes alumine titane, les argiles, les résines. les oxydes mixtes obtenus par greffage d'au moins un composé organométallique organosoluble ou aquosoluble (choisi dans le groupe formé par les alkys. et/ou les alcoxy. métaux d'au moins un élément tels que titane, zirconium silicium, germanium, étain, tantale, niobium...) sur au moins un oxyde tel que l'alumine (formes gamma, delta, éta seules ou en mélange) la silice, les silices alumines, les silices titane, les silices zircone ou tout autre solide présentant une acidité quelconque. Un mode particulier de l'invention peut consister à mettre en oeuvre un mélange physique d'au moins deux des catalyseurs ci-avant dans des proportions variant de 95/5 à 5/95 préférentiellement 85/1- à l5/85 et très préférentiellement 70/30 à 30/70". La température pour cette étape est comprise entre 30 et 350 C selon le type de catalyseur ou la force de l'acidité. Ainsi pour résine acide de type échangeuse d'ions, la température est comprise entre 50 et 150 C de préférence entre 50 et 120 C. Le rapport molaire oléfine sur thiophène est compris entre 0,1 et 1000 mole/mole de préférence entre 0,5 et 500 mole/mole. La pression de cette étape est telle que la charge se trouve sous forme liquide dans les conditions de température et de pression soit à une pression supérieure à 5 bars. Dans titi premier aspect de l'invention, cette coupe lourde(ou (p), après alkylation, est envoyée dans une colonne de distillation F ou dans toute autre unité de séparation connue de l'homme de pour être séparée en deux fractions: - une coupe 60 C-180 C dépourvue cette fois de tout composé thiophénique donc de soufre qui est recueillie. - une coupe dont les températures d'ébullition sont supérieures à 180 C qui est mélangée éventuellement cri partie avec la coupe 150 C+ (ou ( p) et envoyée dans une unité d'hydrotraitement G. L'essence totale, résultant du mélange des coupes adéquates ne possède pas de soufre (inférieur ' 10 ppm), tic possède plus de benzène et a subi une perte en oléfines égales à 2 fois la teneur en thiophène. Notre procédé permet de traiter les charges contenant des composés azotés contrairement à l'art antérieur. effet., les composés azotés légers du type diméthyl, diéthylamine sont hydrogénés lors de l'étape A (hydrogénation des dioléfines). L'ammoniac résultant est alors éliminé lors de l'étape B. composés azotés plus lourds (aromatiques) dont le plus léger est l'aniline bout à une température supérieure à 184 C. Ils sont donc éliminés par distillation (étape D). Ils tombent en fond de colonne et sont envoyés directement à l'hydrotraitement. La charge qui est alors envoyée à l'alkylation (60 C-180 C ou 60 C-150 C) se trouve alors débarrassée, presque en totalité, des composés azotés basiques, sans qu'il ait été nécessaire de faire appel à un lavage à l'acide ou à un lit de garde. Notre procédé présente un avantage certain par rapport à celui de l'art antérieur problème des azotés, - problème des dioléfines, - problèmes des oléfines. Ainsi, dans le brevet US-A-6,048,451 la coupe est envoyée directement en alkylation sur catalyseur acide. chacun sait que les dioléfines ont la fâcheuse tendance à polymériser et à faire des gommes bouchant ainsi les réacteurs et les échangeurs. Ce qui n'est pas le cas dans notre présent procédé puisque ces dioléfines sont hydrogénées sélectivement avant alkylation. De même, dans le brevet US-A-6,048,451, l'intégralité de la coupe pétrolière est envoyée en alkylation, donc les oléfines légères vont dimériser. Cette dimérisation va se traduire dans l'effluent par une diminution de l'indice d'octane. Or dans notre cas, avant l'alkylation, nous séparons la coupe PI-60 C qui est constituée presque exclusivement d'oléfines. Donc, nous n'avons pas ce genre de problème. Les oléfines restant dans la coupe 60 C-180 C ont des longueurs de chaînes plus grandes donc des vitesses de dimérisation plus faibles et un impact plus faible sur l'octane. Le présent procédé permet d'obtenir pertes plus faibles en octane que celles du brevet 6,048,451. Pour ce qui est du recyclage, l'effluent après alkylation est envoyé dans une colonne de distillation qui différente de la première. Dans un autre aspect de l'invention, les produits de l'alkylation ne sont pas dirigés vers la colonne séparation ou de distillation, mais sont envoyés, au moins en partie, directement dans la coupe lourde Téta. Dans un troisième aspect de l'invention, les produits d'alkylation sont au moins en partie envoyés dans la colonne de distillation et au moins en partie envoyés dans la coupe lourde téta. Dans l'exemple @ après, il a été comparé à iso-performance en hydrodésulfuration, deux différents schémas: - le schéma classique d'hydrodésulfuration sur catalyseurs à base de sulfure de cobalt et molybdène déposé sur alumine, - le schéma revendiqué par la demanderesse où l'hydrodésulfuration est représentée par l'étape G. La coupe traitée une essence provenant de craquage catalytique dont les points d'ébullitions sont inférieurs à 160 C. Les analyses de charge et des effluents provenant des essais pilotes sont présentés dans le tableau suivant: Charge Effluents Schéma Schéma classique revendiqué Densité 0,7050 0,7299 0,710 Oléfines (% Pds) 64 37,6 62 Azote (ppm) 12 5 5 Soufre (ppm) 505 45 40 Indice d'octane recherche 92,9 86,5 92 Cette comparaison permet de montrer que le procédé revendiqué par la demanderesse tout en étant aussi performant qu'une hydrodésulfuration au niveau de l'élimination du soufre permet d'obtenir des produits conservant une teneur élevée en oléfines et donc un très bon indice d'octane. On peut imaginer des variantes au procédé de l'invention. Ainsi, selon un autre schéma, les trois unités de séparation B, D et F sont remplacées avantageusement par une colonne de distillation. Le principe de fonctionnement est identique à celui qui vient d'etre décrit. L'essence totale contenant des dioléfines peut être comme précédemment envoyée dans une unité A d'hydrogénation classique des dioléfines avec de l'hydrogène. Cette étape ainsi que l'étape est facultative si la charge est dépourvue de dioléfines. Les effluents liquides et gazeux sont ensuite envoyés dans une colonne de distillation où plusieurs coupes sont séparées - en tête., la coupe PI-60 C. Ensuite, un ballon séparateur permet de séparer les gaz (H2S et hydrogène non consommé) des oléfines de points d'ébullition inférieurs à 60 C. - la coupe 60 C- 80 C est soutirée et est envoyée dans l'unité d'alkylation D. Cette coupe est mélangée à une partie des dites oléfines légères. Dans cette unité, les oléfines s'additionnent, comme précédemment, sur les composés thiophèniques et sur le benzène pour les transformer en alkyls de points d'ébullition plus élevés. effluents sont ensuite injectés dans la colonne, - dans la colonne, ces alkyls tombent au fond et sont alors éliminés. Ils sont ensuite envoyés avec de l'hydrogène dans une unité d'hydrotraitement. REVENDICATIONS 1 - Procédé de désulfuration d'une charge renfermant du thiophène ou des composés thiophéniques permettant de travailler sur une charge renfermant des composés azotés et qui consiste a) à éventuellement éliminer les dioléfines qu'elle contient, b) à fractionner dans une zone de distillation la charge en une fraction lourde qui sera ensuite désulfurée et en une fraction plus légère renfermant du thiophène et/ou des composés thiophéniques, c) à alkyler le thiophène et/ou les composés thiophéniques par au moins une oléfine. 2 - Procédé selon revendication 1 de désulfuration d'une charge renfermant thiophène ou des composés thiophéniques et qui consiste a) à éventuellement éliminer les dioléfines qu'elle contient, b) à fractionner dans une zone de distillation la charge en une fraction lourde sera ensuite désulfurée et en une fraction plus légère renfermant du thiophène et/ou des composés thiophéniques, c) à alkyler le thiophène et/ou les composés thiophéniques par au moins une oléfine, d) à recycler, au moins en partie, les produits alkylés ainsi obtenus dans ladite zone de distillation de façon à les faire passer dans la fraction dite lourde. 3 - Procédé selon revendication 1 de désulfuration d'une charge renfermant thiophène ou des composés thiophéniques et qui consiste a) à éventuellement éliminer les dioléfines qu'elle contient, b) à fractionner dans une zone de distillation la charge en une fraction lourde sera ensuite désulfurée et en une fraction plus légère renfermant du thiophène et/ou des composés thiophéniques, c) à alkyler le thiophène et/ou les composés thiophéniques par au moins une oléfine, d) à envoyer au moins en partie les produits alkylés ainsi obtenus directement dans la fraction dite lourde. 4 - Procédé selon la revendication 1 de désulfuration d'une charge renfermant thiophène ou des composés thiophéniques et qui consiste a) à éventuellement éliminer les dioléfines qu'elle contient, b) à fractionner dans une zone de distillation la charge en une fraction lourde sera ensuite désulfurée et en une fraction plus légère renfermant du thiophène et/ou des composés thiophéniques, c) à alkyler le thiophène et/ou les composés thiophéniques par au moins une oléfine, d) à recycler au moins en partie les produits alkylés ainsi obtenus dans ladite zone de distillation de façon à les faire passer dans la fraction dite lourde, et à envoyer ces produits alkylés, au moins en partie directement dans la fraction dite lourde. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 ' 4 dans lequel ladite oléfine utilisée était au moins en partie présente sur au moins un des plateaux de ladite zone de distillation. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 ' 5 dans lequel la charge est choisie dans le groupe constitué par les effluents de craquage catalytique, de craquage à la vapeur. 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 ' 6 dans lequel le catalyseur d'alkylation est choisi dans le groupe constitué par les zéolithes, les silices-alumines et les résines échangeuses d'ions. 8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 de désulfuration de coupes hydrocarbonées de points d'ébullition inférieurs à 350 C et contenant ' fois des oléfines, au moins 3% poids et au plus 90% poids, et du soufre, au moins 5 ppm et au plus 3% poids, caractérisé par l'enchaînement des étapes suivantes: au moins une distillation, au moins une unité d'alkylation, au moins une unité d'hydrotraitement. 9 - Procédé selon l'une des revendications 1 ' où la distillation est effectuée avant l'alkylation. 10 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 où la distillation est effectuée en même temps que l'alkvlation, soit à l'aide d'un side-réacteur (réacteur en parallèle) soit dans une colonne catalytique. 11 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 10 où l'unité d'hydrotraitement est située après au moins une étape de distillation. 12 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 11 pour lequel les composés soufrés sont alkylés sur un catalyseur acide en présence d'oléfines possédant au moins 2 atomes de carbone et au plus 10 atomes de carbone; le rapport molaire oléfine sur soufre étant compris entre 0,1 à 1000 moles par mole et de préférence 0,5 à 500 mole/mole 13 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 12 pour lequel la pression de l'unité d'alkylation est au moins 5 bars.