Brevet FR2856697A1 — publié le 20041231

La présente invention concerne un procédé de traitement de l'effluent issu d'une unité de réformage catalytique visant à optimiser la récupération de l'hydrogène contenu dans cet effluent. Les raffineries de traitement de pétrole brut possèdent chacune au moins une unité de réformage. Ces unités de réformage catalytique permettent de produire des bases aromatiques ou des carburants automobiles à haut indice d'octane, de préférence compris entre 95 et 98. Le réformage catalytique consiste à traiter une coupe d'essence en C6-C10, de point de coupe de l'ordre de 70 à 175[deg]C, obtenue par distillation directe du pétrole brut et dont l'indice d'octane est généralement compris entre 30 et 50. Pour augmenter l'indice d'octane, les réactions suivantes sont mises en oeuvre : déshydrogénation des naphtènes en aromatiques, déshydrocyclisation des paraffines en aromatiques et isomérisation des paraffines linéaires en isoparaffines.Les deux premières réactions sont très productrices d'hydrogène, qui est utilisé dans les autres unités de la raffinerie. Jusqu'à ces dernières années, la quantité d'hydrogène produite par l'unité de réformage était suffisante pour répondre à tous les besoins en hydrogène de la raffinerie (unité d'hydrotraitement, section de régénération du catalyseur de réformage catalytique, ...). Aujourd'hui, la consommation en hydrogène des raffineries augmente pour pouvoir répondre aux nouvelles spécifications sur les carburants. La quantité d'hydrogène produite par l'unité de reformage n'est pas suffisante et il est nécessaire d'alimenter la raffinerie avec une source d'hydrogène extérieure. Il devient également nécessaire d'améliorer la récupération de l'hydrogène au niveau de l'unité de réformage catalytique. L'unité de réformage catalytique produit un gaz riche en hydrogène présentant une concentration en hydrogène comprise entre environ 70 et 90 % en mole, le complément étant un mélange d'hydrocarbures légers, principalement en C1, C2, C3, C4 et éventuellement des hydrocarbures aromatiques. Pour répondre aux nouvelles spécifications sur les carburants, il est nécessaire d'utiliser une source d'hydrogène de haute pureté, c'est-à-dire de concentration en hydrogène supérieure à 90 % en mole (pour les unités d'hydrotraitement par exemple), voire supérieure à 98 % (pour la section de régénération du catalyseur de réformage catalytique par exemple). La récupération de l'hydrogène dans les gaz sortant de l'unité de réformage catalytique peut être réalisée par différents moyens : - un premier moyen est d'abaisser la température de ces gaz à l'aide d'une boîte froide, comme décrit dans US 4,374,726 ou US 4,482,369. Une température de 0[deg]C permet de produire un gaz riche en hydrogène, mais de pureté seulement comprise entre 90 et 94 % en mole. - un deuxième moyen est de traiter ces gaz par un procédé d'adsorption modulée en pression (procédé de séparation PSA : "Pressure Swing Adsorption" en anglais) comme divulgué dans US 5,332,492.Bien que ce moyen permette d'obtenir un gaz très pur en hydrogène (pureté supérieure à 99 % en mole), le rendement en hydrogène est limité à 85 à 90 % en mole d'hydrogène et le coût d'investissement est élevé. - un troisième moyen est de traiter ces gaz par une membrane à sélectivité inverse, comme divulgué dans US 6,165,350. Toutefois, la pureté du gaz riche en hydrogène obtenu est inférieure à 90 % en mole car la sélectivité hydrogène/hydrocarbures est faible. Le but de la présente invention est de proposer un nouveau procédé de traitement du gaz hydrogéné issu de l'unité de réformage catalytique d'une raffinerie permettant une récupération optimisée de l'hydrogène. Un autre but est de proposer un procédé de traitement du gaz hydrogéné issu de l'unité de réformage catalytique d'une raffinerie permettant de récupérer un gaz riche en hydrogène de pureté comprise entre 90 et 99 % en mole selon les besoins. Un autre but est de proposer un procédé de traitement du gaz hydrogéné issu de l'unité de réformage catalytique d'une raffinerie permettant de récupérer un gaz riche en hydrogène tout en minimisant les pertes en hydrogène. Dans ces buts, l'invention concerne un procédé de traitement d'un produit issu d'une réaction de réformage catalytique comprenant les étapes de : a) séparation du produit issu du réformage en une phase gazeuse et un liquide, b) compression de la phase gazeuse issue de l'étape de séparation a), c) recontactage de la phase gazeuse comprimée issue de l'étape de compression b) avec le liquide issu de l'étape de séparation a) de manière à obtenir une phase gazeuse riche en hydrogène et un liquide, d) purification à l'aide d'une membrane perméable à l'hydrogène d'au moins une partie de la phase gazeuse riche en hydrogène issue de l'étape de recontactage c) de manière à obtenir de l'hydrogène de pureté supérieure ou égale à 90 %, e) recyclage direct d'au moins une partie du rétentat issu de l'étape de purification d) dans l'étape de compression b). Au cours de l'étape a), la séparation est généralement réalisée dans un ballon de séparation liquide/vapeur. Le liquide récupéré comprend essentiellement des aromatiques. La phase gazeuse récupérée comprend généralement au moins 70 % en mole d'hydrogène. Une partie de cette phase gazeuse peut être comprimée et utilisée pour la réaction de réformage catalytique. L'autre partie ou la totalité de la phase gazeuse récupérée est comprimée au cours de l'étape b). Cette étape b) est habituellement réalisée au moyen d'un compresseur de plusieurs étages. Au cours de l'étape c), la phase gazeuse comprimée est mise au contact du liquide issu de l'étape a). Cette mise en contact peut avoir lieu dans un ballon de séparation liquide/vapeur, dit ballon de recontactage.Il en sort une phase gazeuse riche en hydrogène dont la pureté en hydrogène peut varier entre 70 et 90 % en mole, le complément étant un mélange d'hydrocarbures légers et d'aromatiques. Selon une première caractéristique essentielle de l'invention, cette phase gazeuse riche en hydrogène issue du ballon de recontactage est mise au contact d'une membrane perméable à l'hydrogène. Ce type de membrane présente l'avantage d'être résistant aux aromatiques. Selon une variante particulière, la phase gazeuse riche en hydrogène issue de l'étape de recontactage c) est comprimée avant d'être purifiée au cours de l'étape d). Cette compression peut se révéler utile si l'on désire obtenir un perméat de pression élevée. Le perméat issu de l'étape d) présente généralement une pureté en hydrogène comprise entre 90 et 99 % en mole.Selon une deuxième caractéristique essentielle de l'invention, le rétentat est directement recyclé soit totalement, soit en partie vers le ou les compresseurs de l'étape b). Selon une autre variante préférée, l'étape b) de compression est mise en u̇vre avec au moins deux compresseurs et le rétentat est recyclé dans un des étages amont du train de compresseurs. La figure 1 illustre le procédé selon l'invention. Le flux 1 sortant de l'unité de réformage A est introduit dans un ballon de séparation B, qui permet de séparer d'une part un liquide 2, et d'autre part une phase gazeuse 3. Une partie 31 de cette phase gazeuse est recyclée vers l'unité de réformage catalytique A après avoir été comprimée par un compresseur C1. L'autre partie 32 de la phase gazeuse est comprimée par un compresseur C2. Le liquide 2 et la phase gazeuse comprimée 32 sont mis en contact dans le ballon D. Il en sort un liquide 4, le réformat, et une phase gazeuse riche en hydrogène 5. La phase gazeuse riche en hydrogène 5 peut recomprimée par le compresseur C3 avant d'être mise au contact d'une membrane perméable à l'hydrogène E.Suite à cette mise en contact, on obtient un perméat riche en hydrogène 6 et un rétentat 7 comprenant encore de l'hydrogène. Tout ou partie de ce rétentat 7 est renvoyé directement dans le compresseur C2. Par mise en u̇vre du procédé tel que précédemment décrit, on obtient au cours de l'étape d) un perméat de pureté en hydrogène comprise entre 90 et 99 % en mole. Cette étape d) a l'avantage de présenter un coût d'investissement d'opération modéré. Un autre avantage du procédé est que les pertes en hydrogène sont limitées puisque le rétentat, qui peut encore comprendre 30 à 50 % en mole d'hydrogène, est recyclé totalement ou partiellement vers l'unité de compression plutôt que d'être envoyé à un réseau combustible de la raffinerie. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement d'un produit issu d'une réaction de réformage catalytique comprenant les étapes de : a) séparation du produit issu du réformage en une phase gazeuse et un liquide, b) compression d'au moins une partie de la phase gazeuse issue de l'étape de séparation a), c) recontactage de la phase gazeuse comprimée issue de l'étape de compression b) avec le liquide issu de l'étape de séparation a) de manière à obtenir une phase gazeuse enrichie en hydrogène et une phase liquide enrichie en réformat, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes supplémentaires suivantes :d) séparation des composants de la phase gazeuse enrichie en hydrogène issue de l'étape de recontactage c) à l'aide d'une membrane perméable à l'hydrogène de manière à obtenir un perméat présentant une concentration en hydrogène supérieure ou égale à 90 % et un rétentat, e) recyclage direct d'au moins une partie du rétentat issu de l'étape de séparation d) dans l'étape de compression b). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que phase gazeuse riche en hydrogène issue de l'étape de recontactage c) est comprimée avant d'être purifiée au cours de l'étape d). 3. Procédé selon l'une de revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape b) de compression est mise en u̇vre avec au moins deux compresseurs et en ce que le rétentat est recyclé dans un des étages amont du train de compresseurs.