Brevet FR2943069A1 — publié le 20100917

PROCEDE DE VALORISATION DE BRUTS LOURDS ET DE RESIDUS PETROLIERS L'invention concerne le traitement de bruts lourds et de résidus pétroliers, par exemple résultant de la distillation atmosphérique ou de la distillation sous vide d'une coupe pétrolière. Plus précisément, elle concerne des charges hydrocarbonées issues de pétrole dont la courbe d'ébullition est telle que moins de 20 % poids de la coupe est distillée à la température de 343°C dans les conditions ambiantes. Les bruts, de manière générale, présentent des teneurs variables en résidus atmosphériques qui dépendent au moins en partie de leur origine. Cette teneur varie typiquement entre 10-50 % en poids pour les bruts conventionnels, mais peut atteindre de 50 à 80 % en poids pour des bruts lourds et extra lourds comme ceux produits au Venezuela ou dans la région de l'Athabasca dans le nord du Canada. Ces bruts présentent généralement une densité inférieure à 20° API. La partie la plus lourde des charges hydrocarbonées lourdes, telles que les bruts et les résidus des bruts, est constituée d'un mélange d'une phase huileuse et d'une phase asphaltique. On a l'habitude de distinguer deux familles dans les composés constituant la phase asphaltique : les résines et les asphaltènes. Les asphaltènes, comme les résines, comprennent des structures aromatiques polycycliques, des cycles thiophéniques et des cycles pyridiniques. Les résines comprennent des molécules présentant des structures moins condensées et des poids moléculaires plus faibles que les structures présentes dans les asphaltènes. Les résidus pétroliers, issus des bruts, contiennent des hétéroatomes. Ainsi, on retrouve des composés soufrés en � grande � quantité, typiquement : - la teneur en soufre (S) est de 0,5 à 7% en poids par rapport au poids total de la charge, - des composés azotés, typiquement la teneur en azote varie de 0,05 à 1% en poids par rapport au poids total de la charge, - des métaux, Ni, V et éventuellement Fe.... Ces hétéroatomes ne se répartissent en général pas uniformément dans toutes les fractions. Ainsi, bien souvent, on retrouve les métaux essentiellement dans la fraction � Asphaltènes �, alors que le soufre et l'azote sont plus concentrés dans les fractions � Asphaltènes � et � Résines �. Une tendance est apparue ces dernières années, de chercher à valoriser les résidus pétroliers, ce qui est relativement difficile. En effet, le marché est surtout demandeur de carburants distillables à pression atmosphérique à une température inférieure à 320-360°C. Il est donc utile, voire nécessaire, de convertir ces résidus lourds pour produire des molécules plus petites. A cet effet, la demanderesse a décrit dans la demande de brevet français dont le numéro de dépôt est le 08.58471 un procédé de conversion de charges pétrolières comportant un premier désasphaltage effectué avec un mélange de solvants lourds pour précipiter les asphaltènes et un deuxième avec un mélange de solvants légers pour précipiter les résines. L'huile désasphaltée issue du deuxième désasphaltage est alors convertie par craquage catalytique et le brai issu du deuxième désasphaltage est converti par viscoréduction. La présente invention a pour objectif, également, d'optimiser la conversion des charges hydrocarbonées lourdes, telles que les résidus et les bruts lourds, pour produire des coupes légères et pour valoriser la partie lourde ayant un point d'ébullition supérieur à 500°C. Ainsi, l'invention a pour objet un procédé de conversion d'une charge pétrolière dont la courbe d'ébullition est telle que moins de 20 % en poids de la charge est distillée à la température de 343°C dans les conditions ambiantes, et plus de 40 % en poids de la charge est distillée à une température supérieure à 500°C, caractérisé en ce que ladite charge est mélangée à une coupe 500°C - 600°C avant son traitement de conversion. Avantageusement, la coupe est une coupe 540°C - 600°C. La coupe 500°C - 600°C et la charge pétrolière peuvent être issues du même pétrole brut lourd ou de deux pétroles bruts lourds différents. Lorsqu'elles sont issues du même pétrole brut lourd, la charge pétrolière peut être un résidu atmosphérique ou sous vide issu du brut lourd, la coupe 500-600°C étant alors issue de la distillation sous vide dudit résidu. La charge pétrolière pourra par exemple être choisie parmi les pétroles bruts lourds, les résidus atmosphériques et/ou les résidus sous vide de distillations de bruts, les brais de désasphaltage. Avantageusement, la coupe 500°C - 600°C, de préférence 540-600°C, représente jusqu'à 50 % en poids, de préférence jusqu'à 30 %, de la charge totale du traitement de conversion du procédé selon l'invention. Avantageusement, le traitement de conversion est un traitement de viscoréduction. D'autres traitements peuvent être envisagés, tels que l'hydrocraquage, et en particulier l'hydrocraquage en réacteur slurry ou en lit ébulliant. La mise en oeuvre de l'invention peut permettre d'obtenir un procédé de valorisation des charges hydrocarbonées lourdes, notamment des résidus, avec une marge plus importante par rapport à ce qui était opéré auparavant, tout en maintenant de bonnes qualités de produit et en augmentant les rendements en produits convertis. Le principal avantage de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, est que la teneur en résines est plus élevée en charge du procédé de conversion. Ceci peut notamment permettre une augmentation de la conversion, notamment dans un viscoréducteur. En effet, lorsque la charge du viscoréducteur a une teneur élevée en résines, elle peut présenter une meilleure aptitude au craquage, et donc un meilleur comportement en viscoréduction. L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lequel : la figure 1 illustre un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention ; la figure 2 illustre un deuxième mode de réalisation du procédé selon l'invention. La figure 1, décrite ci-après, représente schématiquement une unité permettant la mise en oeuvre du procédé selon un premier mode de réalisation de l'invention. Une charge pétrolière (10) est distillée, dans les conditions atmosphériques, dans une colonne de distillation atmosphérique (1), et permet de produire une quantité substantielle d'une coupe (11) de résidu atmosphérique ou RAT. D'une façon générale, la coupe (11) contient moins de 20% en poids de molécules distillables à 343°C dans ces conditions et au moins 40% en poids par rapport au poids de la coupe traitée bout au-dessus de 500°C. Cette coupe (11) est distillée sous vide dans une colonne (2). Ce fractionnement permet de recueillir une coupe (12) distillant de 500 à 600°C, de préférence de 540 à 600°C. Ladite coupe (12) est ensuite envoyée vers le viscoréducteur (3), en mélange avec une autre charge (13) hydrocarbonée lourde du type résidu atmosphérique, résidu sous vide, brai de désasphaltage ... La figure 2 illustre un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention. Une charge pétrolière (10) est distillée dans les conditions atmosphériques, dans une colonne de distillation atmosphérique (1), et permet de produire une quantité substantielle d'une coupe (11) de résidu atmosphérique ou RAT. Cette charge est distillée sous vide dans une colonne (2') et permet de recueillir un résidu sous vide (14) appelé RSV. La coupe RSV (14) contient l'essentiel des asphaltènes et des métaux contenus dans la charge (10). Généralement, la teneur en métaux, notamment Ni+V, varie de 100 à 800 ppm en fonction des charges traitées. La viscosité de cette coupe RSV (14) est importante, notamment allant de 50 à 2000 Cst à 150°C, typiquement environ 400 Cst. Une partie (16) du Résidu sous vide (14) est ensuite fractionnée dans une colonne de distillation sous vide (4) afin d'obtenir, entre autres, une coupe (17) distillant de 500 à 600°C, de préférence de 540 à 600°C. Ladite coupe (17) est envoyée comme charge du viscoréducteur (3), en mélange avec le restant de RSV (15) provenant de la colonne de distillation sous vide (2'). Exemples Nous avons évalué les performances du schéma de conversion selon l'invention, pour valoriser le résidu sous vide A dont les propriétés sont reportées dans le tableau 1 ci-dessous. Tableau : Propriétés des résidus sous vide A RSV A Masse volumique à 15°C (kg/m3) 1028 S (% poids) 4,1 Ni (ppm) 18 V (ppm) 66 CCR (% poids) 19,8 Asphaltènes C7 (% poids) 5,6 Coupe 500°C +(% poids) 92,3 Nous avons étudié les performances, en particulier en viscoréduction, que l'on obtient à travers deux voies : Selon la première voie, connue de l'homme du métier, le résidu 20 sous vide A est envoyé vers le viscoréducteur. - Selon la deuxième voie, selon l'invention, correspondant au procédé de la figure 2, une partie du résidu sous vide A est fractionnée, et une coupe 540-600°C est obtenue. Ensuite, cette coupe est envoyée, en mélange avec l'autre partie du résidu sous vide A, vers le 25 viscoréducteur. Tests de viscoréduction La méthodologie consiste à utiliser un autoclave configuré en mode viscoréduction. La viscoréduction de la charge est réalisée dans l'autoclave agité et chauffé à deux températures différentes. Les gaz générés par le craquage sont condensés et récupérés dans un condenseur principal refroidi à -10°C et dans un condenseur secondaire refroidi à -80°C. Les gaz restants sont comptés et prélevés (piston manuel) en milieu et fin d'essai. L'effluent liquide est récupéré et analysé (stabilité, sédiments, densité et viscosité à 100°C). La mesure de stabilité se traduit par la mesure de la limite de stabilité, encore appelée S-value selon la norme ASTM D7157. Lorsque la S-value de l'effluent viscoréduit est plus élevée, il est considéré comme étant plus stable. Tableau 2 : Propriétés de la coupe 540-600°C issue du RSV A Masse volumique à 15°C (kg/m3) 976 Viscosité à 100°C (cSt) 49,19 Viscosité à 135°C (cSt) 16,18 S (% poids) 3,52 CCR (% poids) 5,30 Asphaltènes (% poids) 0,5 Coupe 500°C + (% poids) 88,9 Saturés + oléfines 18,7 Aromatiques 67,9 dont Monoaromatiques 11,1 Résines 13,4 Viscoréduction La viscoréduction est réalisée, pour chacune des voies, à deux températures de craquage différentes : 434°C et 436°C. On définit la température de craquage, comme étant la température relevée dans l'autoclave configuré en mode viscoréducteur. Le tableau 3 ci-dessous indique la composition de la charge du viscoréducteur dans les 2 voies envisagées. On constate que cette charge est plus légère quand on intègre une coupe 540-600°C comme le montre la diminution du CCR (Carbone ConRadson de la coupe) qui passe de 19,8 à 16,9. Cela se traduira par une diminution de production de coke. Tableau 3 : Propriétés de la charge du viscoréducteur selon la voie choisie Voie 1 Voie 2 Charge du RSV A (% poids) 100% 80% viscoréducteur Coupe 540-600°C - 20% issue du fractionnement du RSV A (% poids) Masse volumique à 15°C (kg/m3) 1028 1016 Soufre (% poids) 4,1 4,1 CCR (% poids) 19,8 16,9 Asphaltènes (% poids) 5,6 4,6 Viscosité à 100°C (cSt) 1089,0 504,0 Viscosité à 135°C (cSt) 178,0 95,2 Sédiments (ppm) 0 0 Coupe 500°C + (% poids) 92,30 91,72 Saturés + oléfines 6,2 8,7 Aromatiques 70,7 62,4 dont Monoaromatiques 4,7 6,0 Résines 17,5 35,0 Le tableau 4 ci-dessous rassemble les rendements du viscoréducteur ainsi que les propriétés de l'effluent viscoréduit selon la voie choisie.15 Tableau 4 : Rendements du viscoréducteur et propriétés de l'effluent viscoréduit selon la voie choisie Voie 1 Voie 2 Charge du RSV A (% poids) 100 % 80 % viscoréducteur Coupe 540-600°C issue - 20% du fractionnement du RSV A (% poids) Température de craquage (°C) 434 436 434 436 Rendements 1,01 0,81 0,56 0,72 Gaz (% poids) PI - 150°C (% poids) 3,04 3,38 2,01 3,11 150 - 350°C (% poids) 11,62 12,77 12,92 15,91 350 - 500°C (% poids) 18,45 18,18 20,00 19,60 500°C + (% poids) 65,88 64,86 64,50 60,68 Conversion 500°C + 29,62 31,18 33,98 36,65 Effluent viscoréduit 1,5 1,5 1,4 1,4 S-value (norme ASTM D7157), Sédiments (ppm) 100 1112 1106 1793 Densité à 15°C (kg/m3) 1039,0 1036,4 1028,8 1029,5 Viscosité à 100°C (cSt) 315,30 214,9 153,8 155,8 L'incorporation de la coupe 540-600°C dans la charge de viscoréduction permet, à iso température de craquage, de gagner en conversion. Ainsi, à 434°C, le gain de conversion obtenu est de l'ordre de 15% (soit un gain de conversion d'environ 4 points). A 436°C, le gain de conversion est de l'ordre de 24% (soit un gain de conversion d'environ 5 points). Cette amélioration de la conversion, se fait tout en gardant de bonnes propriétés de stabilité. En effet, la limite de stabilité (S-value) à iso-température de craquage reste inchangée pour l'effluent viscoréduit obtenu par la voie 2. Revendications1. Procédé de conversion d'une charge pétrolière (13, 15) dont la courbe d'ébullition est telle que moins de 20 % en poids de la charge est distillée à la température de 343°C dans les conditions ambiantes, et plus de 40 % en poids de la charge est distillée à une température supérieure à 500°C, caractérisé en ce que ladite charge (13, 15) est mélangée à une coupe 500°C - 600°C (12, 17) avant son traitement de conversion. 2. Procédé de conversion de charges pétrolières (13, 15) selon la revendication 1, dans lequel la coupe est une coupe 540°C - 600°C. 3. Procédé de conversion de charges pétrolières selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la coupe (12) 500°C - 600°C et la charge pétrolière (13) sont issues de deux pétroles bruts lourds différents. 4. Procédé de conversion de charges pétrolières selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la coupe (17) 500°C - 600°C et la charge pétrolière (15) sont issues du même pétrole brut lourd. 5. Procédé de conversion de charges pétrolières selon la revendication 4, dans lequel la charge pétrolière (15) est un résidu atmosphérique ou sous vide issu d'un brut lourd, et la coupe (17) 500-600°C est issue de la distillation sous vide dudit résidu. 6. Procédé de conversion de charges pétrolières selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la charge pétrolière est choisie parmi les pétroles bruts lourds, les résidus atmosphériques et/ou les résidus sous vide de distillations de bruts, les brais de désasphaltage. 7. Procédé de conversion de charges pétrolières selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la coupe 500°C - 600°C, de préférence 540-600°C, représente jusqu'à 50 % en poids, de préférence jusqu'à 30 %, de la charge totale du traitement de conversion. 8. Procédé de conversion de charges pétrolières selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le traitement de conversion est un traitement de viscoréduction.