Brevet FR2999598A1 — publié le 20140620

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention se situe dans le domaine de l'hydrocraquage doux des hydrocarbures (mild hydrocracking, en anglais). L'invention consiste à optimiser les intégrations thermiques entre 5 les flux chauds et froids de l'unité afin de réduire les consommations d'utilités chaudes et froides, et par conséquent, les émissions de gaz à effet de serre (GES). EXAMEN DE L'ART ANTERIEUR 10 L'art antérieur est représenté par le schéma de la figure 1 qui sera décrit en détail dans le paragraphe "description détaillée de l'invention". DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES 15 La figure 1 montre les intégrations thermiques d'un procédé d'hydrocraquage doux selon l'art antérieur. La figure 2 montre les nouvelles intégrations thermiques du procédé d'hydrocraquage doux selon l'invention. 20 DESCRIPTION SOMMAIRE DE L'INVENTION La présente invention décrit un procédé d'hydrocraquage doux d'une coupe de type gazole sous vide (VGO), distillat sous vide (DSV) ou huile désasphaltée (DAO) en vue de constituer la charge d'une unité de craquage catalytique, comprenant : 25 - une zone d'hydrocraquage doux R, - un ballon séparateur chaud à haute pression B-1, dont la charge constitue l'effluent issu de R, un ballon séparateur froid à haute pression B-2, dont la charge constitue le flux gazeux issu de B-1, 30 - un ballon séparateur froid à basse pression B-3, dont la charge est le flux liquide issu de B-2, - une zone K-1 de lavage avec une amine et de compression de l'effluent gazeux issu de B-2, appelé hydrogène recyclé, - une pompe P-2 comprimant la charge VGO avant mélange avec l'hydrogène recyclé issu de K-1 et l'appoint d'hydrogène, un stripeur C-1 des flux liquides issus de B-1 et B-3, dont le produit en fond constitue la charge du fractionnateur C-2, - un fractionnateur C-2, séparant le naphta, le diesel et le résidu, et comprenant un reflux circulant de diesel, - un stripeur de diesel C-3, strippant le diesel issu de C-2, - un four F-1 chauffant la charge de la zone d'hydrocraquage doux R, un four F-2 chauffant la charge du fractionnateur C-2, ledit procédé comportant des échanges thermiques optimisés entre différents flux à différents niveaux dudit procédé, en vue d'aboutir in fine à une réduction substantielle de capacités des fours F-1, F-2 mis en jeu dans le procédé. Il convient de noter que dans le procédé selon l'invention, la puissance des fours, c'est à dire le four noté F-1 qui se trouve en amont du ou des réacteurs d'hydrocraquage R et le four F-2 qui se trouve en amont du fractionnateur C-2, varie au cours du cycle du procédé en fonction de la désactivation progressive du catalyseur utilisé dans les réacteurs d'hydrocraquage. Par contre, la somme des puissances des deux fours F-1 et F-2 varie assez peu au cours de la durée de cycle du procédé. Plus précisément, la présente invention peut se définir comme un procédé d'hydrocraquage doux d'une coupe de type VGO, DSV ou DAO en vue de constituer la charge d'une unité de craquage catalytique, le procédé comportant des échanges thermiques optimisés entre différents flux à différents niveaux dudit procédé, soit précisément : a) au niveau du train d'échange de la chauffe de la charge à basse pression, par échange: dans E-8 avec le diesel strippé issu de C-3, puis dans E-4 avec le reflux circulant de diesel, - puis dans E-7 avec le fond du fractionnateur, E-7 pouvant être constitué de plusieurs calandres en série, (alors noté E-7 A/B) b) au niveau du train d'échange du refroidissement de l'effluent gazeux issu de B-1, par échange : - dans E-2 A et E-2 B avec le liquide issu de B-3, dans E-9 avec la charge à haute pression mélangée avec une partie de l'hydrogène recyclé et l'appoint d'hydrogène, dans E-3 A et E-3 B avec le mélange de l'appoint d'hydrogène et d'une partie de l'hydrogène recyclé, dans l'ordre suivant E-2 A, E-9, E-3 A, E-2 B puis E-3 B, c) au niveau du train d'échange du refroidissement de l'effluent de la zone d'hydrocraquage doux R, par échange : dans E-1 avec la charge à haute pression de R, E-1 étant constitué de plusieurs calandres, dans E-10 avec la charge du fractionnateur C-2, E-10 pouvant être constitué de plusieurs calandres et les calandres pouvant être situées entre des calandres de E-1, d) au niveau du train d'échange du refroidissement du fond du fractionnateur C-2, par échange d'abord dans E-5 avec le diesel pour rebouillir le stripeur de diesel C-3, puis dans E-6 avec la charge du fractionnateur C-2, et enfin dans E-7 avec la charge du procédé, E-7 pouvant être constitué de plusieurs calandres en série, procédé caractérisé en ce que l'ensemble des échanges thermiques précédents permet de réduire la puissance cumulée des fours F-1 et F-2 dans un facteur compris entre 0,35 et 0,60 20 préférentiellement entre 0,40 et 0,55. Au final, la puissance cumulée des fours F-1 et F-2 varie au cours du cycle du procédé entre 30 et 60 kcal par kg de charge, préférentiellement entre 35 et 50 kcal par kg de charge. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 25 La bonne compréhension de l'invention nécessite de décrire d'abord le schéma des intégrations thermiques selon le procédé d'hydrocraquage doux de Part antérieur représenté sur la figure 1. Pour faciliter la compréhension, les éléments communs au schéma selon l'art antérieur et au schéma selon la présente invention conserve la même appellation et le même symbole sur la 30 figure 1 (selon l'art antérieur) et la figure 2 (selon l'invention). Les nouveaux éléments sont introduits avec des lettres différentes. La charge de l'unité (flux 1) peut être un gazole sous vide (VGO), un distillat sous vide (DSV), ou bien une huile désasphaltée (DAO). Dans la suite du texte, sans être limitatif, on prendra l'exemple d'une charge VGO. On parlera de manière générale de charge du procédé selon l'invention. Le VGO (flux 1) arrive à une température d'environ 90°C et à basse pression en entrée d'unité. Le VGO est chauffé jusqu'à une température généralement comprise entre 300°C et 450°C, et de préférence comprise entre 350°C et 400°C (414°C dans l'exemple, flux 5b) correspondant à la température d'entrée dans la zone réactionnelle. La chauffe du VGO se fait habituellement dans un premier temps à basse pression : grâce au reflux circulant de diesel (flux 20) au moyen de l'échangeur E-4. Il en sort le flux de VGO (lb), puis grâce à l'effluent du fond du fractionnateur C-2 (flux 19d) au moyen de l'échangeur E7. Il en sort le flux de VGO (1c). Ensuite le VGO est comprimé par une pompe P-2 et mélangé à un flux très riche en hydrogène 15 (flux 10b), puis il est chauffé à haute pression habituellement : grâce à l'effluent réactionnel (flux 6) au moyen de l'échangeur E-1 constitué de plusieurs calandres en série (6 dans l'exemple, plus généralement entre 4 et 10), les calandres étant intitulées de A à F dans la figure 1 pour indiquer qu'elles sont au nombre de 6. Il en sort le flux de VGO (4c). 20 et enfin grâce au four F-1 d'où sort le flux de VGO (flux 5b) à la température requise pour l'entrée dans le réacteur d'hydrocraquage (R). Une fraction du VGO après compression est court-circuité pour la flexibilité du procédé (flux 3). 25 L'effluent réactionnel (flux 6) est refroidi par échange thermique avec la charge réactionnelle au moyen de l'échangeur E-1 jusqu'à une température d'environ 280°C (plus généralement entre 200 et 300°C). La phase gazeuse de l'effluent réactionnel à 280°C (flux 7), riche en hydrogène, est séparée de la phase liquide (flux 12) dans un ballon séparateur Haute Pression B-1. 30 Ensuite, cette phase gazeuse (flux 7) est refroidie et partiellement condensée : - par échange thermique avec l'effluent hydrocarboné du ballon froid Basse Pression B-3 (flux 11) dans les échangeurs E-2 A et E-2 B, - et par échange thermique avec le flux 10 dans l'échangeur E-3 constitué de deux calandres en série (E-3 A et E-3 B), le flux 10 étant le mélange de l'appoint d'hydrogène (flux 9) avec une partie de l'hydrogène recyclé (flux 8b), et finalement dans un aéroréfrigérant A-1 jusqu'à une température d'environ 57°C (57°C dans l'exemple, plus généralement entre 30°C et 80°C). Le flux sortant de l'aéroréfrigérant A-1 est séparé en deux flux dans le ballon froid haute pression B-2 : un flux gazeux (flux 8) très riche en hydrogène, qui est lavé avec une amine puis comprimé dans la zone K-1 avant d'être mélangé à nouveau à la charge VGO, - un flux liquide qui est d'abord détendu puis envoyé au ballon froid basse pression B-3. Le flux hydrocarboné liquide issu de B-3 (flux 11) est chauffé au moyen des échangeurs E-2 A et E-2 B puis mélangé à la phase liquide du ballon chaud à haute pression B-1 (flux 12). L'hydrogène recyclé issu de K-1 est en partie recyclé vers le ou les réacteurs d'hydrocraquage (R) et en partie mélangé avec l'appoint d'hydrogène (flux 9) pour former le flux 10. Le flux 10 est chauffé par le flux 7b au moyen de l'échangeur E-3 constitué de deux calandres en série. Ensuite, le flux 10b, très riche en hydrogène, est mélangé au flux 2 (VGO) pour former le flux 4. Le mélange des flux 11c et 12 est strippé avec de la vapeur dans le stripeur C-1. Une coupe riche en gaz légers est séparée en tête de C-1 (flux 13). Le flux strippé (flux 15) est envoyé au fractionnateur C-2 après avoir été chauffé : - par le fond du fractionnateur C-2 (flux 19b) au moyen de l'échangeur E-6 généralement constitué de 3 calandres en série, puis dans un four F-2 jusqu'à une température d'environ 370°C, (plus généralement comprise entre 350 et 400°C). Les coupes essences obtenues en tête de C-1 et C-2 sont mélangées pour former le flux 14. Le flux 20, reflux circulant de diesel, est refroidi au moyen de l'échangeur E-4, par échange thermique avec la charge VGO de l'unité (flux 1). Le diesel soutiré du fractionnateur C-2 (flux 16) est strippé dans une colonne dite stripeur de diesel C-3, rebouillie par échange thermique avec le fond du fractionnateur C-2 (flux 19) au moyen de l'échangeur E-5. Le diesel strippé (flux 18) est refroidi dans l'échangeur G-1 générateur de vapeur basse pression, puis il est refroidi par l'aéroréfrigérant A-2 jusqu'à une température d'environ 65°C (plus généralement comprise entre 50 et 70°C). Le fond du fractionnateur C-2, appelé aussi résidu est refroidi : par échange thermique dans E-5 avec le flux de diesel, par échange thermique dans E-6 avec le flux 15, grâce à l'échangeur G-2 générant de la vapeur moyenne pression, et finalement par échange thermique avec la charge (flux lb) dans l'échangeur E-7. La figure 2 selon la présente invention peut se décrire de la manière suivante: Dans le procédé selon l'invention, la chauffe du VGO (flux 1) se fait : d'abord grâce au diesel strippé (flux 18) au moyen du nouvel échangeur E-8, puis grâce au reflux circulant de diesel (flux 20) au moyen de l'échangeur E-4, puis grâce à l'effluent du fond du fractionnateur C-2 (flux 19c) au moyen de 2 échangeurs en série E-7 A et E-7 B. Ces changements par rapport à l'art antérieur permettent d'amener le flux lc à une température plus élevée (232°C selon l'invention au lieu de 170°C dans l'art antérieur). Le nouvel aéroréfrigérant A-3 est nécessaire pour la flexibilité de l'unité. Dans l'art antérieur, 20 on court-circuitait une partie du reflux circulant de diesel pour obtenir de la flexibilité. Le flux 18b dans le procédé selon l'invention se retrouve à une température inférieure à celle dans l'état de l'art (136°C selon l'invention au lieu de 184°C dans l'art antérieur). Par conséquent, la puissance thermique de l'aéroréfrigérant A-2 est nettement réduite dans le procédé selon l'invention. 25 Le flux 1 c est comprimé puis séparé en deux flux (flux 2 et 3) de manière identique à l'art antérieur. Le flux 2 est ensuite mélangé avec l'hydrogène (flux 10b) puis le mélange résultant est chauffé par le flux 7b au moyen du nouvel échangeur E-9. De plus, pour améliorer encore l'intégration thermique, l'échangeur E-2 B a été déplacé entre 30 les deux calandres E-3 A et E-3 B. Le flux 7d dans le procédé selon l'invention se retrouve à une température inférieure à celle dans l'état de l'art (184°C selon l'invention au lieu de 197°C dans l'art antérieur). Par conséquent, la puissance thermique de l'aéroréfrigérant A-1 est réduite dans le procédé selon l'invention. On ne peut pas réduire fortement la puissance thermique du four F-1 pour différentes raisons : - une augmentation de température de 15°C minimum est recommandée dans le four, - le flux 3 (court circuit deVG0) est nécessaire pour la flexibilité de l'unité. En ajoutant une nouvelle calandre à l'échangeur E-1 (7 calandres au lieu de 6 dans l'exemple), on réduit légèrement la puissance thermique du four F-1 dans le procédé selon l'invention. Dans le procédé selon l'invention, on chauffe le flux 15 (fond du stripeur C-1) d'abord avec le fond du fractionnateur C-2 (flux 19b) dans l'échangeur E-6, mais en une seule calandre au lieu de trois dans l'art antérieur, puis avec l'effluent réactionnel au moyen de deux nouvelles calandres E-10 A et E-10 B. Cela permet d'avoir un flux en entrée du four F-2 (flux 15b) à une température beaucoup plus élevée (355°C selon l'invention au lieu de 304°C dans l'art antérieur). La puissance du four F-2 est donc très fortement réduite dans le procédé selon l'invention. 15 Comme pour le four F-1, une augmentation de température de 15°C minimum est recommandée dans le four F-2. Option "amine" 20 Si l'amine nécessaire pour enlever PH2S dans l'hydrogène recyclé (flux 8) est disponible à une température inférieure à la température du procédé, on peut chauffer l'amine avec le diesel en sortie d'échangeur E-8 (flux 18b). La température du fluide pour chauffer l'amine ne doit pas être trop élevée afin de ne pas dégrader l'amine. C'est le cas du flux 18b dans le procédé selon l'invention. Cet échange permet de réduire la consommation électrique de l'aéroréfrigérant A-2 25 et la consommation de vapeur basse pression pour chauffer l'amine. EXEMPLE SELON L'INVENTION Une unité d'hydrocraquage doux est constituée de 3 réacteurs (7 lits catalytiques). Capacité : 442 t/h (70 000 BPSD) Température des réacteurs d'hydrocraquage : 420°C (WABT, température moyenne de chaque lit) Pression des réacteurs : 101 à 129 bar effectifs ( 1 bar = 105 Pascal) LHSV = 0,313 lil Le tableau 1 suivant indique les températures principales de l'unité d'hydrocraquage doux selon l'art antérieur et selon l'invention. Les numéros des flux sont ceux de la figure 1 (art antérieur) et de la figure 2 (selon l'invention). Flux Température (°C) Selon l'art antérieur Selon l'invention 1 90 2 et 3 170 232 4 195 225 4b - 243 5b 414 6 422 6b, 7 et 12 280 7d 197 184 8 57 10 124 10b 248 223 11c 266 15b 304 355 15c 370 20 236 20b 175 18 270 18b 184 136 18c 65 19 336 19e 196 206 Tableau 1: température des principaux flux15 Le tableau 2 suivant indique les puissances des échanges avec utilités de l'unité d'hydrocraquage doux selon l'art antérieur et selon l'invention. Puissance thermique (MW) Selon l'art Selon l'invention Écart antérieur (invention - art antérieur) Four F-1 14,1 12,2 - 1,9 Four F-2 24,8 6,9 - 17,9 Fours F-1 + F-2 38,9 19,1 - 19,8 Aéroréfrigérant A-1 47,8 43,8 -4,0 Aéroréfrigérant A-2 8,8 5,1 - 3,7 Aéroréfrigérant A-3 - 2,0 +2,0 Aéroréfrigérant A-1+A-2+A-3 56,6 50,9 - 5,7 Générateur de vapeur G-1 7,4 - - 7,4 Générateur de vapeur G-2 9,0 - - 9,0 Tableau 2: puissance des échanges avec utilités Le procédé selon l'invention permet de réduire très fortement la puissance du four F-2 mais aussi la puissance du four F-1 et la puissance globale des aéroréfrigérants. La puissance thermique globale des fours (F-1+F-2) est réduite de moitié dans le procédé selon l'invention. De plus, le procédé selon l'invention ne génère plus de vapeur basse pression et moyenne pression, déjà excédentaires dans la raffinerie. Les générateurs de vapeur G-1 et G-2 de l'art antérieur sont supprimés. Un autre avantage de l'invention est l'augmentation de la température du flux 19e de plusieurs degrés Celsius (10°C dans l'exemple). Dans le procédé selon l'invention, le flux 19e a une température plus proche de la température nécessaire pour entrer dans le riser du FCC. Ainsi, le flux 19e nécessitera moins d'énergie pour l'amener à la température souhaitée dans l'unité FCC (gain de 2,0 MW d'énergie pour une température de 210°C en entrée du riser dans 20 l'exemple). REVENDICATIONS1) Procédé d'hydrocraquage doux d'une coupe de type VGO, DSV ou DAO en vue de constituer la charge d'une unité de craquage catalytique, comprenant : une zone d'hydrocraquage doux R, - un ballon séparateur chaud à haute pression B-1, dont la charge constitue l'effluent issu de R, - un ballon séparateur froid à haute pression B-2, dont la charge constitue le flux gazeux issu de B-1, un ballon séparateur froid à basse pression B-3, dont la charge est le flux liquide issu de B-2, une zone K-1 de lavage avec une amine et de compression de l'effluent gazeux issu de B-2, appelé hydrogène recyclé, une pompe P-2 comprimant la charge VGO avant mélange avec l'hydrogène recyclé issu de K-1 et avec l'appoint d'hydrogène, un stripeur C-1 des flux liquides issus de B-1 et B-3, dont le produit en fond constitue la charge du fractionnateur C-2, un fractionnateur C-2, séparant le naphta, le diesel et le résidu, et comprenant un reflux circulant de diesel, - un stripeur de diesel C-3, strippant le diesel issu de C-2, un four F-1 chauffant la charge de la zone d'hydrocraquage doux R, un four F-2 chauffant la charge du fractionnateur C-2, procédé comportant des échanges thermiques optimisés entre différents flux à différents niveaux dudit procédé, soit : a) au niveau du train d'échange de la chauffe de la charge à basse pression, par échange: - dans E-8 avec le diesel strippé issu de C-3, puis dans E-4 avec le reflux circulant de diesel, - puis dans E-7 avec le fond du fractionnateur C-2, E-7 pouvant être constitué de plusieurs calandres en série, (noté E-7 A/B) b) au niveau du train d'échange du refroidissement de l'effluent gazeux issu de B-1, par échange : - dans E-2 A et E-2 B avec le liquide issu de B-3, dans E-9 avec la charge à haute pression mélangée avec l'hydrogène, - dans E-3 A et E-3 B avec le mélange de l'appoint d'hydrogène et d'une partie de l'hydrogène recyclé, - dans l'ordre suivant E-2 A, E-9, E-3 A, E-2 B puis E-3 B,c) au niveau du train d'échange du refroidissement de l'effluent de la zone d'hydrocraquage doux R, par échange : dans E-1 avec la charge à haute pression de R, E-1 étant constitué de plusieurs calandres, dans E-10 avec la charge du fractionnateur C-2, E-10 pouvant être constitué de plusieurs calandres et les calandres pouvant être situées entre des calandres de E-1, d) au niveau du train d'échange du refroidissement du fond du fractionnateur C-2, par échange : - d'abord dans E-5 avec le diesel pour rebouillir le stripeur de diesel C-3, - puis dans E-6 avec la charge du fractionnateur C-2, procédé caractérisé en ce que l'ensemble des échanges thermiques précédents permet de réduire la puissance cumulée des fours F-1 et F-2 d'un facteur 0,35 à 0,6 par rapport à la configuration de l'art antérieur. 2) Procédé d'hydrocraquage doux d'une coupe de type VGO, DSV ou DAO en vue de constituer la charge d'une unité de craquage catalytique, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble des échanges thermiques permet de réduire la puissance cumulée des fours F-1 et F-2 d'un facteur 0,4 à 0,55 par rapport à la configuration de l'art antérieur. 3) Procédé d'hydrocraquage doux d'une coupe de type VGO, DSV ou DAO en vue de constituer la charge d'une unité de craquage catalytique, selon la revendication 1, dans lequel la puissance cumulée des fours F-1 et F-2 au cours du cycle de fonctionnement dudit procédé varie entre 30 et 60 kcal par kg de charge, préférentiellement entre 35 et 50 kcal par kg de charge. 4) Procédé d'hydrocraquage doux d'une coupe de type VGO, DSV ou DAO en vue de constituer la charge d'une unité de craquage catalytique, selon la revendication 1, dans lequel l'amine nécessaire pour enlever 1'H2S dans le gaz de recycle est chauffée par la coupe diesel strippé issu de C-3 après l'échange diesel strippé avec la charge de l'unité dans E-8.30