Brevet FR3006326A1 — publié le 20141205

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 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). La présente invention peut être vue comme une amélioration de la demande déposée le 18 décembre 2012 sous le N° FR 12/03.469. EXAMEN DE L'ART ANTERIEUR 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 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. DESCRIPTION SOMMAIRE DE L'INVENTION La présente invention décrit un procédé d'hydrocraquage doux d'une coupe de type distillat sous vide (DSV ou "VGO" en anglais) ou huile désasphaltée (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 de lavage avec une amine et de compression de l'effluent gazeux issu de B2, appelé hydrogène recyclé, - une pompe P-2 comprimant la charge VGO avant mélange avec l'hydrogène recyclé issu de K 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 diminution de la consommation d'énergie et du coût de l'unité et ainsi atténuer l'impact environnemental du procédé tout en augmentant sa rentabilité. Contrairement à l'art antérieur, la consommation d'énergie nécessaire pour la compression du recycle est prise en compte dans le bilan énergétique du procédé. Ceci entraîne un nouveau schéma d'intégration thermique optimisé dans lequel le nombre d'échanges dans la boucle de compression du recycle est plus faible. En effet, plus le nombre d'échanges est faible, plus la perte de charge (delta P ou différence de pression) subie à travers les échangeurs de la boucle est faible et par conséquent plus la consommation énergétique pour la compression du recycle est faible. Un nombre d'échanges plus faible dans la boucle de compression du recycle entraine également une réduction notable du coût des échangeurs installés dans la boucle, étant donné la pression élevée dans la boucle (entre 70 et 130 bar). Plus précisément, la présente invention peut se définir comme un procédé d'hydrocraquage doux d'une coupe de type 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-7 A et E-7 B avec le diesel strippé issu de C-3 - dans E-4 avec l'effluent gazeux issu de B-1, - dans E-10 A et E-10 B/C avec le fond du fractionnateur, - et dans l'ordre suivant : E-7 B, E-4, E-10 A, E-7 A, E-10 B/C b) au niveau du train d'échange du refroidissement de l'effluent gazeux issu de B-1, par échange - - dans E-3 avec le mélange de l'appoint d'hydrogène et d'une partie de l'hydrogène recyclé, - puis dans E-4 avec la charge à basse pression c) au niveau du train d'échange de la chauffe du liquide issu de B-3, par échange : - dans E-6 avec le reflux circulant de diesel, - puis dans E-5 avec le fond du fractionnateur C-2 d) 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-2 avec la charge du fractionnateur C-2, E-2 pouvant être constitué de plusieurs calandres et les calandres pouvant être situées entre des calandres de E-1, e) au niveau du train d'échange du refroidissement du fond du fractionnateur C-2, par 20 échange : - d'abord dans E-8 avec le diesel pour rebouillir le stripeur de diesel C-3, - puis dans E-9 avec la charge du fractionnateur C-2, - puis dans E-5 avec le liquide issu de B-3, - et enfin dans E-10 avec la charge du procédé, E-10 pouvant être constitué de plusieurs 25 calandres en série. L'ensemble des échanges thermiques précédents permet de réduire la consommation globale d'énergie pour chauffer les flux du procédé et comprimer le recycle, de 2 à 10%, et permet également de réduire le nombre total d'échangeurs de l'unité et le nombre d'échangeurs à haute pression. 30 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La bonne compréhension de l'invention nécessite de décrire d'abord le schéma des intégrations thermiques selon le procédé d'hydrocraquage doux de l'art 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 conservent la même appellation et le même symbole sur la 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 la) peut être un distillat sous vide (DSV ou VGO en anglais de "vacuum gas oil"), 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. Rappelons de manière succincte qu'un distillat sous vide est une coupe issue d'une distillation sous vide dont l'intervalle de distillation est typiquement situé dans la gamme de 180°C à 450°C et qu'une huile désasphaltée est une huile qui a subi un traitement de désasphaltage avec un solvant approprié, généralement du propane ou du pentane. Le VGO (flux la) arrive à une température d'environ 90°C et à basse pression en entrée 20 d'unité. Le VGO est chauffé jusqu'à une température généralement comprise entre 300 et 450°C, et de préférence comprise entre 350 et 400°C (414°C dans l'exemple, flux 5b) correspondant à la température d'entrée dans la zone réactionnelle R. La chauffe du VGO se fait habituellement dans un premier temps à basse pression : 25 d'abord grâce au diesel strippé (flux 18a) au moyen de l'échangeur E-7, puis grâce au reflux circulant de diesel (flux 20a) au moyen de l'échangeur E-6, - puis grâce à l'effluent du fond du fractionnateur C-2 (flux 19c) au moyen de l'échangeur E-10 généralement constitué de deux calandres en série. Ensuite le VGO est comprimé par une pompe P-2 et mélangé à un flux très riche en hydrogène 30 (flux 10c), puis il est chauffé à haute pression habituellement : - grâce à l'effluent gazeux (flux 7b) au moyen de l'échangeur E-4, grâce à l'effluent réactionnel (flux 6a) au moyen de l'échangeur E-1 constitué de plusieurs calandres en série (7 dans l'exemple, plus généralement entre 4 et 10), les calandres étant intitulées de A à G dans la figure 1 pour indiquer qu'elles sont au nombre de 7. Il en sort le flux de VGO (4e). 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). L'effluent réactionnel (flux 6a) est refroidi par échange thermique jusqu'à une température d'environ 280°C (plus généralement entre 200 et 300°C) : avec la charge réactionnelle au moyen de l'échangeur E-1, avec le fond du stripper C-1 au moyen des échangeurs E-2 A et E-2 B positionnés généralement entre des calandres de E-1. La phase gazeuse de l'effluent réactionnel à 280°C (flux 7a), riche en hydrogène, est séparée de la phase liquide (flux 12) dans un ballon séparateur haute pression B-1. Ensuite, cette phase gazeuse (flux 7a) est refroidie et partiellement condensée : par échange thermique avec l'effluent hydrocarboné du ballon froid basse pression B-3 (flux 11a) dans les échangeurs E-5 A et E-5 B, par échange thermique avec le flux 4a dans l'échangeur E-4, le flux 4a étant le mélange du VGO avec l'hydrogène, par échange thermique avec le flux 10a dans l'échangeur E-3 constitué de deux calandres en série (E-3 A et E-3 B), le flux 10a étant le mélange de l'appoint d'hydrogène (flux 9) avec une partie de l'hydrogène recyclé (flux 21), et finalement dans un aéroréfrigérant A-1 jusqu'à une température d'environ 57°C (57°C dans l'exemple, plus généralement entre 30 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 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 11a) est chauffé au moyen des échangeurs E-5 B et E-5 A puis mélangé à la phase liquide du ballon chaud à haute pression B-1 (flux 12). L'hydrogène recyclé issu de K est en partie recyclé vers le ou les réacteurs d'hydrocraquage (R) (flux 22) et en partie (flux 21) mélangé avec l'appoint d'hydrogène (flux 9) pour former le flux 10a. Le flux 10a est chauffé par le flux 7e puis le flux 7c au moyen de l'échangeur E-3 constitué de deux calandres en série. Ensuite, le flux 10c, très riche en hydrogène, est mélangé au flux 2 (VGO) pour former le flux 4a. 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 15a) 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-9, puis par l'effluent réactionnel au moyen de l'échangeur E-2 généralement constitué de deux 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 20a, reflux circulant de diesel, est refroidi : au moyen de l'échangeur E-6, par échange thermique avec la charge VGO de l'unité (flux lb), puis au moyen d'un aéroréfrigérant A-3.30 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 19a) au moyen de l'échangeur E-8. Le diesel strippé (flux 18a) est refroidi par la charge à basse pression (flux la) au moyen de l'échangeur E-7, 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-8 avec le flux de diesel, par échange thermique dans E-9 avec le produit en fond du stripeur C-1 (flux 15a), et finalement par échange thermique avec la charge (flux 1c) dans l'échangeur E-10 généralement constitué de deux calandres en série. 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 la) se fait : grâce au diesel strippé (flux 18a et 18b) au moyen des échangeurs E-7 A et E-7 B, grâce à l'effluent gazeux issu de B-1 (flux 7b) au moyen du nouvel échangeur E-4, - grâce à l'effluent du fond du fractionnateur C-2 (flux 19d et 19e) au moyen des échangeurs E-10 A et E-10 B/C, - et dans l'ordre suivant : E-7 B, E-4, E-10 A, E-7 A, E-10 B/C. Ces changements par rapport à l'art antérieur permettent d'amener la charge basse pression en amont de la pompe P-2 (flux lf) à une température plus élevée (252°C selon l'invention au lieu de 232°C dans l'art antérieur). Le flux lf est comprimé au moyen de P-2 puis séparé en deux flux (flux 2 et flux 3) de manière identique à l'art antérieur. Le flux 2 est ensuite mélangé avec l'hydrogène (flux 10b), hydrogène qui aura été chauffé au moyen de l'échangeur E-3 en une seule calandre au lieu de deux dans l'art antérieur. Le mélange résultant (flux 4b) est chauffé directement par l'effluent du réacteur R (flux 6a) au moyen de E-1, contrairement à l'art antérieur où le mélange (flux 4a) était d'abord chauffé par l'effluent gazeux issu de B-1 au moyen d'une calandre avant d'être chauffé par l'effluent du réacteur R dans E-1. De plus, dans le procédé selon l'invention, E-1 est constitué d'un nombre inférieur de calandres par rapport à l'art antérieur (5 calandres au lieu de 7 dans l'exemple). Dans le procédé selon l'invention, le flux 11 a issu de B-3 est chauffé d'abord dans E-6 grâce au reflux circulant de diesel (flux 20a) puis dans E-5 grâce au résidu issu du fractionnateur C-2 (flux 19c). Dans l'art antérieur, le flux 11 a était chauffé par l'effluent gazeux issu de B-1 en deux calandres. Ces nouveaux échanges thermiques (E-5 et E-6) permettent de réduire la perte de charge dans la boucle de compression de l'hydrogène et le nombre d'échangeurs à haute pression. Dans le procédé selon l'invention, on chauffe le flux 15a (fond du stripeur C-1) d'abord avec le fond du fractionnateur C-2 dans l'échangeur E-9, puis avec l'effluent réactionnel au moyen de deux calandres E-2 A et E-2 B. Cela permet d'avoir un flux en entrée du four F-2 (flux 15d) à une température identique à celle de l'art antérieur. La puissance thermique du four F-2 est donc identique dans le procédé selon l'invention et dans l'art antérieur. Toutes ces modifications par rapport à l'art antérieur permettent de réduire les besoins en utilités chaudes du procédé et le coût des équipements du procédé. En effet, le nombre réduit 20 d'échanges dans la boucle de compression permet de réduire la consommation énergétique du compresseur de recycle et le coût des échangeurs à haute pression. EXEMPLE SELON L'INVENTION 25 Une unité d'hydrocraquage doux est constituée de 3 réacteurs (7 lits catalytiques). Capacité : 442 t/h Température des réacteurs : 420°C (température moyenne de chaque lit) Pression des réacteurs : 101 à 129 bar effectifs LHSV = 0,313 h-1 30 Le Tableau 1 indique les températures principales de l'unité d'hydrocraquage doux selon l'art antérieur et selon l'invention. Selon l'art Selon antérieur l'invention la 90 2 et 3 232 252 4a 225 4b 243 238 5a 391 386 5b 414 6a 422 6f, 7a et 12 280 7c 246 181 7f 184 8 57 10a 124 10b 181 226 10c 223 11c 266 15d 355 15e 370 18a 270 18b 136 208 18c 65 132 18d 65 19a 336 19d 206 294 19f 210 20a 236 20b 188 I 207 20c 175 Tableau 1 : Températures des flux Tableau 2 indique le nombre d'échanges thermiques de chaque flux de la boucle de compression de l'unité d'hydrocraquage doux selon l'art antérieur et selon l'invention. Nombre d'échanges thermiques Procédé selon Procédé selon l'art antérieur l'invention Hydrogène (flux 10a) 2 1 Mélange haute pression hydrogène/VGO (flux 8 5 4a) Effluent réactionnel (flux 6a) 9 7 Effluent gazeux de B-1 (flux 7a) 5 2 Total 24 15 Tableau 2: Nombres d'échanges thermiques dans la boucle de compression Le nombre d'échanges thermiques dans la boucle de compression passe de 24 à 15. Ceci permet de réduire la consommation d'énergie du compresseur de recycle (Tableau 3). Tableau 3 indique les puissances des échanges avec utilités de l'unité d'hydrocraquage doux selon l'art antérieur et selon l'invention. Puissance thermique (MWeq) Procédé selon l'art Procédé selon Ecart antérieur l'invention Four F-1 12,2 15,1 +2,9 Four F-2 6,9 6,9 - Compression du recycle (1) 65,1 58,6 -6,5 Fours F-1 + F-2 + compression 84,2 80,6 -3,6 Tableau 3 : Bilan énergétique (1) La puissance de compression du compresseur de recycle est convertie en MWéq en utilisant le facteur suivant : 1 MW de puissance de compression = 4,37 MWéq de vapeur HP Le procédé selon l'invention permet de réduire la consommation du compresseur de recycle de 5 6,5 MWeq. La puissance thermique globale des fours (F-1+F-2) est légèrement plus élevée dans le procédé selon l'invention mais globalement une réduction des utilités chaudes de 3,6 MW est observée soit une réduction de 4,3%. 10 Un autre avantage de l'invention est l'augmentation de la température du résidu en sortie du procédé afin d'être envoyé directement dans le riser du FCC sans préchauffe ou refroidissement au préalable. Dans l'art antérieur, ce flux devait être chauffé de 4°C (soit 0,9 MW) avant d'aller au riser. 15 Le procédé selon l'invention permet également de réduire le coût des échangeurs grâce à la diminution du nombre de calandres haute pression et du nombre total de calandres. Tableau 4 indique le nombre et le coût des échangeurs de l'unité d'hydrocraquage doux selon l'art antérieur et selon l'invention. Seuls les échangeurs ayant des échanges thermiques entre 20 flux du procédé sont considérés. Selon l'art Selon Écart antérieur l'invention Nombre total d'échangeurs 20 17 -3 Nombre d'échangeurs à haute 14 9 -5 pression Coût des échangeurs installés (M$) 44,2 36,9 - 7,3 Tableau 4: Échangeurs ayant des échanges thermiques entre flux du procédé Le procédé selon l'invention permet de réduire le coût des échangeurs de 7,3 M$, soit une réduction de 16% du coût des échangeurs ayant des échanges thermiques entre flux du procédé. REVENDICATIONS1) Procédé d'hydrocraquage doux d'une coupe de type distillat sous vide (DSV ou VGO) ou huile désasphaltée (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 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 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, lesdits échanges étant les suivants: a) au niveau du train d'échange de la chauffe de la charge à basse pression, par échange: dans E-7 A et E-7 B avec le diesel strippé issu de C-3 dans E-4 avec l'effluent gazeux issu de B-1, dans E-10 A et E-10 B/C avec le fond du fractionnateur, dans l'ordre suivant : E-7 B, E-4, E-10 A, E-7 A, E-10 B/Cb) au niveau du train d'échange du refroidissement de l'effluent gazeux issu de B-1, par échange : - dans E-3 avec le mélange de l'appoint d'hydrogène et d'une partie de l'hydrogène recyclé, - puis dans E-4 avec la charge à basse pression c) au niveau du train d'échange de la chauffe du liquide issu de B-3, par échange : - dans E-6 avec le reflux circulant de diesel, - puis dans E-5 avec le fond du fractionnateur C-2 d) au niveau du train d'échange du refroidissement de l'effluent de la zone d'hydrocraquage 10 doux R, par échange : - dans E-1 avec la charge à haute pression de R, E-1 étant constitué de plusieurs calandres, - dans E-2 avec la charge du fractionnateur C-2, E-2 pouvant être constitué de plusieurs calandres et les calandres pouvant être situées entre des calandres de E-1, 15 e) au niveau du train d'échange du refroidissement du fond du fractionnateur C-2, par échange : - d'abord dans E-8 avec le diesel pour rebouillir le stripeur de diesel C-3, - puis dans E-9 avec la charge du fractionnateur C-2, - puis dans E-5 avec le liquide issu de B-3, 20 - et enfin dans E-10 avec la charge du procédé, E-10 pouvant être constitué de plusieurs calandres en série.