Brevet FR2906812A1 — publié le 20080411

L'invention concerne le craquage thermique de charges pétrolières lourdes de type résidus, tels que résidu atmosphérique (AR) ou sous vide (VR), pour produire notamment des essences, gazoles ou VGO (gazole sous vide). Un enchaînement conventionnel de procédé de conversion de VRIAR consiste en une étape de désasphaltage au solvant suivi d'une étape de thermal cracking (TC) de la DAO afin de la transformer en produits à haute valeur ajoutée (essence, distillats moyens, VGO). L'inconvénient de ce type de schéma est qu'il est tout à fait possible d'achever une conversion totale du DAO en produits convertis, ce même en opérant l'unité de TC avec recyclage. Cette approche est limitée du fait du caractère très réfractaire des DAO à l'hydroconversion totale, et ce d'autant plus qu'il s'agit de DAO lourds, c'est à dire extraits avec des solvants allant de C4 à C6 (butane à hexane). Il n'est donc pas possible d'arriver à une conversion totale des DAO avec une hydroconversion fonctionnant en mode recyclage liquide. On a maintenant recherché un procédé pour améliorer le taux de conversion du DAO, allant même jusqu'à le convertir complètement. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de conversion de charge lourde ayant une température d'ébullition supérieure à 3400 C pour au moins 80% pds de la charge, une teneur en carbone Conradson d'au moins 5% pds, une teneur en asphaltènes d'au moins 1% pds, une teneur en soufre d'au moins 0,5% pds, une teneur en métaux d'au moins 20ppm, procédé dans lequel : ladite charge est soumise directement à un désasphaltage et une huile désasphaltée et un asphalte sont obtenus, l'huile désasphaltée est craquée thermiquement et l'effluent est distillé pour séparer des fractions essence, gazole et un résidu de craquage - au moins une partie, et de préference la totalité, dudit résidu de craquage est recyclée au désasphaltage en mélange avec la charge lourde à traiter. Contrairement au préjugé actuel de l'homme du métier, qui estimait qu'en recyclant le résidu de craquage, on allait vers une augmentation importante d'asphalte ou une séparation 2906812 2 insuffisante des asphaltènes, du fait de l'apport d'asphaltènes dans ce résidu, asphaltènes produits lors de l'étape de craquage thermique, l'invention démontre qu'il n'en est rien. En effet, dans le procédé selon l'invention, les asphaltènes produits dans l'étape de craquage thermique sont éliminés dans l'unité de désasphaltage (SDA) et se retrouvent dans la phase 5 asphalte, si bien que l'huile désasphaltée (DAO) recyclée qui est pratiquement exempte d'asphaltènes, pénètre dans l'unité de craquage thermique, en mélange avec le DAO "straight run" (SR), mais se craque avec un taux de conversion légèrement moins élevé que le DAO SR. 10 L'invention est expliquée en référence à la figure 1. La charge est de type résidu, elle présente généralement une teneur en carbone Conradson d'au moins 5%pds et généralement d'au moins10%pds , une teneur en asphaltène (au C7/ norme IP-143) d'au moins 1%, souvent d'au moins 2% et très souvent d'au moins 5% pds, et 15 peut même égaler ou dépasser 24% pds. Leur teneur en soufre est généralement d'au moins 0,5%, souvent d'au moins 1% et très souvent d'au moins 2%, voire jusqu'à 4% ou même 10% pds. Les quantités de métaux qu'elles contiennent sont généralement d'au moins 20 ppm, souvent d'au moins 50ppm et typiquement 100 ppm ou d'au moins 200 ppm pds. 20 De telles charges sont les pétroles bruts partiellement étêtés, par ex. désessenciés, des résidus atmosphériques, des résidus sous vide, des résidus atmosphériques ou sous vide issus de la distillation de pétroles bruts (SR), ou issus d'un procédé de conversion primaire d'un résidu atmosphérique ou sous vide (tels qu'un visbreaking, une hydroconversion...), ou encore des résidus atmosphériques ou sous vide issus de pétroles bruts conventionnels 25 légers à moyens ou lourds (par ex. Moyen-Orient, Oural, Ouest Africain...) ou de bruts extra lourds ayant par ex. un API inférieur à 15 (bruts du Venezuela, du Canada...). On peut également inclure les charbons ou cokes avantageusement introduits en suspension. 30 Les charges sont généralement caractérisées par une température d'ébullition supérieure à 340 C pour au moins 80% en poids de la charge , et généralement pour au moins 90% pds de la charge . Leur point d'ébullition initial est généralement d'au moins 300 C. Le procédé s'applique particulièrement aux charges lourdes ayant une température d'ébullition supérieure à 500 C, voire à 540 C pour au moins 80% pds de la charge ou , de façon 2906812 3 préférée pour au moins 90% de la charge. Elles présentent généralement (charges fraîches) une viscosité inférieure à 100000cSt à 100 C , voire inférieure à 40.000 cSt, et de préférence inférieure à 20.000 cSt à 100 C. Elles doivent généralement être converties pour produire des produits finis tels que le gazole, l'essence et les GPL, de température d'ébullition plus 5 faible. La charge à traiter (charge lourde) par la conduite 1 est envoyée dans l'unité de désasphaltage 2 en mélange avec le résidu de craquage recyclé, qui sera décrit ultérieurement. L'étape de désasphaltage à l'aide d'un solvant est effectuée dans des conditions bien connues de l'homme de métier. On peut utiliser par exemple les procédés tels que Solvahl, Rose... 15 Le désasphaltage est habituellement effectué à une température de 60 à 250 C avec au moins un solvant hydrocarboné ayant de 3 à 7 atomes de carbone éventuellement additionné d'au moins un additif. Les solvants utilisables et les additifs sont largement décrits. II est également possible et avantageux d'effectuer la récupération du solvant selon le procédé opticritique c'est-à-dire en utilisant un solvant dans des conditions non 20 supercritiques. Ce procédé permet en particulier d'améliorer notablement l'économie globale du procédé. Ce désasphaltage peut être fait dans un mélangeur-décanteur ou dans une colonne d'extraction. Dans le cadre de la présente invention on préfère la technique utilisant au moins une 25 colonne d'extraction et avantageusement une seule. Avantageusement, tel que dans le procédé Solvahl avec une colonne d'extraction unique ,les ratios solvant/charge entrant en SDA sont faibles, entre 4/1 et 6/1. Cela permet outre une excellente extraction des métaux et des asphaltènes, de n'avoir que de très petites quantités de solvant dans le DAO. L'unité de désasphaltage produit un DAO (huile désasphaltée) pratiquement exempt d'asphaltènes et 30 un asphalte (conduite 13) concentrant la majeure part des impuretés du résidu et qui est soutiré. On n'a pas représenté la gestion du solvant qui est connue de l'homme de métier. Le rendement en DAO peut varier de moins de 50% pds à plus de 90% pds. 10 2906812 4 Le DAO présente une teneur en asphaltènes réduite à moins de 1% en général (mesure C7), de préférence à moins de 0.5%, le plus souvent à moins de 0,05% pds mesurée en C7 insolubles et de façon encore plus préférée à moins de 0,3% pds mesurée en C5 insolubles et à moins de 0,05% pds mesurée en C7 insolubles. 5 Cette faible teneur en asphaltènes permet d'abaisser les conditions opératoires du craquage thermique, par rapport à un procédé sans recyclage. Le DAO (conduite 4) est introduit dans l'unité de craquage thermique 5. Eventuellement et avantageusement de faibles quantités d'hydrogène peuvent être introduites par la conduite 3. 10 Le procédé de craquage thermique est bien connu de l'homme du métier, et tous les procédés commerciaux peuvent être utilisés, tels que les procédés de viscoréduction Thervahl ou Shell visbreaking process. On pourra se référer par exemple à l'ouvrage de P.Wuithier, Le pétrole: raffinage et génie chimique, p712-713. La conversion est généralement d'au moins 40% pds, et le plus souvent d'au moins 50% pds. 15 La conversion est définie comme étant le rapport (% pds résidu dans la charge - % résidu dans le produit) / % résidu dans la charge, pour un même point de coupe charge-produit; typiquement ce point de coupe est entre 450 et 550 C, et souvent d'environ 500 C; dans cette définition, le résidu étant la fraction bouillant à partir de ce point de coupe (tel que 500 C+ par ex). 20 Sur la fig 1 on a réprésenté une distillation atmosphérique puis une distillation sous vide (produisant du gazole sous vide).Selon l'invention , le résidu de craquage est recyclé, en partie ou en totalité, que ce soit un résidu atmosphérique ou un résidu sous vide. 25 Sur la fig 1, il est produit et séparé par distillation atmosphérique (colonne 6) de l'essence (conduite 8), du gazole (conduite 9), des gaz légers (conduite 7) et un résidu atmosphérique de craquage (conduite 10) . Dans la zone 6 de distillation atmosphérique, les conditions sont généralement choisies de 30 manière à ce que le point de coupe pour le résidu soit d'environ 300 à environ 400 C et de préférence d'environ 340 à environ 380 C. Il est produit des gaz légers (conduite ), des distillats et un résidu. Les distillats [fraction essence (conduite 8), et fraction gazole (conduite 9)] ainsi obtenus sont généralement destinés aux pools carburants correspondants. Avant d'y être envoyé, le gazole produit par le procédé selon l'invention est hydrotraité dans une 2906812 5 unité subséquente 14, dans les conditions opératoires et avec les catalyseurs habituellement utilisés et connus de l'homme du métier, de façon à amener la teneur en soufre aux spécifications du marché, qui est de moins de 10 ppm de soufre, et pour améliorer l'indice de cétane. Avant d' être envoyée au pool essence ,la fraction essence est généralement traitée 5 par reforming (non représenté sur la figure). Le résidu atmosphérique est envoyé en distillation sous vide. Dans la zone 11 de distillation sous vide, les conditions sont généralement choisies de manière à ce que le point de coupe pour le résidu soit d'environ 450 à 600 C et le plus 10 souvent d'environ 500 à 550 C. La ou les fractions distillats sous vide (VGO) obtenues sortent par la (les) conduite (s) 12 et le résidu sous vide par la conduite 13. Le VGO est avantageusement envoyé au moins en partie dans une unité de craquage catalytique 15. 15 Le résidu de craquage est composé de molécules à haut poids moléculaire non converties et il contient des asphaltènes produits lors du craquage, en quantités non négligeables et voire importantes selon les charges et les conditions opératoires. Au moins une partie du résidu, et de préférence la totalité (cas de la fig 1) , est recyclée (conduite 13) vers l'unité 2 de désasphaltage, en mélange avec la charge à traiter. Il peut 20 être avantageux de prévoir une purge du résidu de craquage (conduite 16). Il entre ainsi à l'unité de désasphaltage des charges très chargées en asphaltènes, qui sont extraits du procédé (conduite 17 pour l'asphalte). Ainsi avec une conversion par passe du DAO recyclé légèrement plus faible que celle du 25 DAO SR, on y arrive au bout de quelques passages à une conversion totale du DAO en produits à haute valeur ajoutée. Le rendement en asphalte augmente un peu par rapport au schéma sans recyclage du fait de l'accumulation d'asphaltènes formées dans l'étape de craquage thermique mais moins que ce qui pouvait être attendu. Avec le procédé selon l'invention, on a pu constater qu'on pouvait produire une très bonne 30 charge pour le craquage catalytique (FCC) qui est le VGO ne contenant pas d'asphaltènes s'avèrent réfractaires au FCC. Ainsi le VGO peut être envoyé directement au FCC et sans pré-traitement. 2906812 6 L'exemple ci-après illustre l'invention sans en limiter la portée. La charge est un un résidu sous vide (VR) extra-lourd d'origine Candienne. Le tableau ci-dessous rapporte les propriétés de ce résidu ainsi que celles du DAO obtenu par 5 désasphaltage au pentane de ce résidu : VR DAO Densité 1.07 0.994 Viscosité at 100 C cSt 30640 192.2 Conradson Carbone pds% 21.9 8.5 C7 Asphaltene pds% 14.9 Nickel ppm 137 20 Vanadium ppm 337 35 Azote ppm 6000 3249 Soufre pds% 5.4 4.05 On traite ce DAO d'une part dans le schéma conventionnel par viscoréduction à 480 C sous 2MPa, sans apport d'hydrogène et sans recyclage et d'autre part dans le schéma selon 10 l'invention ,ie les mêmes étapes et conditions que dans le shéma conventionnel, mais avec recyclage de la totalité du résidu. Les rendements sont indiqués en % pds par rapport à une base 100 de VR de départ. Avec le schéma conventionnel, on obtient des rendements intéressants en produits convertis 15 mais il reste cependant 22.8 % de résidu sous vide qui a une très faible valeur. L'asphalte produit représente 35 % du résidu sous vide de départ. Avec le schéma selon l'invention avec recyclage de la totalité du résidu non converti dans l'unité de craquage thermique, on observe qu'il n'y a plus du tout de résidu sous vide dans 20 les effluents, conséquence du recyclage de ce résidu dans le SDA et le craquage thermique jusqu'à son extinction totale. La quantité d'asphalte augmente à 45.3 % contre 35 % dans le schéma conventionnel. Mais par contre les rendements en produits légers augmentent significativement, en particulier la coupe diesel passe de 14. 5 %pds dans le schéma conventionnel à 18.8 % de rendement dans le schéma de l'invention. La coupe VGO passe 25 de 21.1 à 27.3 %pds. 2906812 7 Wt% vs. VR feed SDA + TC SDA + TC Sans recyclage Avec recyclage Schéma Nouveau conventionnel Schéma H2S+NH3 0.5 0.6 Gas: 1.8 2.4 Gasoline: 4.4 5.7 Diesel: 14.5 18.8 VGO: 21.1 27.3 VR 22.8 0.0 DAO SDA Pitch 35.0 45.3 Total 100.0 100.0 REVENDICATIONS 1. Procédé de conversion de charge lourde ayant une température d'ébullition supérieure à 340 C pour au moins 80% pds de la charge, une teneur en carbone Conradson d'au moins 5% pds, une teneur en asphaltènes d'au moins 1% pds, une teneur en soufre d'au moins 0,5% pds, une teneur en métaux d'au moins 20ppm, procédé dans lequel : - ladite charge est soumise directement à un désasphaltage et une huile désasphaltée et un asphalte sont obtenus, - l'huile désasphaltée est craquée thermiquement et l'effluent est distillé pour séparer des fractions essence, gazole et un résidu de craquage, caractérisé en ce que - au moins une partie dudit résidu de craquage est recyclée au désasphaltage en mélange avec la charge lourde à traiter. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la totalité du résidu est recyclée. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'effluent subit une distillation atmosphérique et une distillation sous vide et le résidu de craquage issu de la distillation sous vide est recyclé.