Brevet FR3038907A1 — publié le 20170120

La présente invention concerne le domaine des traitements des effluents d'unités de conversion ou de raffinage pétrolières ou pétrochimiques qui comprennent à la fois de l'hydrogène et des hydrocarbures tels que : méthane, éthane, propane, butane, des fractions d'hydrocarbures ayant de 5 à 11 atomes de carbone (désignées par 05 - 011), et optionnellement des hydrocarbures plus lourds tels que des hydrocarbures ayant entre 12 et 30 atomes de carbone (012- C30) voire plus, souvent en faible quantité. Il peut s'agir notamment du traitement d'un effluent de reformage catalytique ou d'aromatisation de fractions ayant un intervalle de distillation dans le domaine de l'essence (ayant essentiellement de 6 à 11 atomes de carbone, c'est-à-dire typiquement de 80°C à 220°C), qui permet de fournir un reformat aromatique, un gaz riche en hydrogène et un gaz de pétrole liquéfié (ou "GPL") comprenant essentiellement des hydrocarbures à trois ou quatre atomes de carbone (propane et/ou propylène et/ou butane et/ou butènes et/ou butadiène, ainsi que leurs mélanges). La présence des hydrocarbures en C3 et C4 dans les effluents du reformage catalytique est notamment liée aux réactions d'hydrocraquage qui ont lieu de façon concomitante avec les réactions de déshydrogénation. L'invention est également applicable à des effluents de déshydrogénation, par exemple de butane, ou de pentane, ou d'hydrocarbures supérieurs, par exemple des fractions comprenant essentiellement des hydrocarbures ayant de 10 à 14 atomes de carbone, dont les oléfines sont utilisées en aval pour la fabrication d'alkyl-benzènes linéaire. Le procédé selon l'invention peut également s'appliquer à l'hydrotraitement (et/ou hydrodésulfuration et/ou hydrodémétallisation et/ou hydrogénation totale ou sélective) de toutes coupes hydrocarbonées telle que naphta, essence, kérosène, gasoil léger, gasoil lourd, distillat sous vide, résidu sous vide. De façon plus générale, il est applicable à tout effluent comprenant de l'hydrogène, des hydrocarbures légers (méthane et/ou éthane), des hydrocarbures en C3 et C4 et ainsi que des hydrocarbures plus lourds. Etat de la technique On connaît dans l'état de la technique le document US 4,673,488 qui divulgue un procédé pour récupérer des hydrocarbures légers d'un effluent réactionnel contenant de l'hydrogène 30 issu d'une réaction de conversion d'une charge d'hydrocarbures qui comprend: - le passage de l'effluent partiellement condensé comprenant en hydrocarbures C5+, du méthane, de l'éthane, du propane, du butane et de l'hydrogène dans un zone de séparation vapeur-liquide qui comprend au moins deux séparateurs vapeur-liquide et dans lequel au moins une étape de recontactage vapeur-liquide est effectuée; 3038907 2 - la séparation de l'effluent obtenu après la zone de séparation vapeur-liquide en un flux de gaz riche en hydrogène et un flux d'hydrocarbures liquides; - le passage du flux d'hydrocarbures liquides dans une zone de fractionnement comprenant au moins une colonne de fractionnement de manière à récupérer un flux 5 d'hydrocarbures lourds, un flux de vapeur de tête, et un flux liquide de tête; et - le recyclage d'une partie du courant de vapeur de tête dans ladite zone de séparation vapeur-liquide. Dans d'autres procédés connus, notamment décrit dans le document FR 2 873 710, on 10 envoie l'effluent hydrocarboné, après récupération d'un gaz riche en hydrogène, dans une étape de séparation dans une colonne de recontactage afin de séparer un premier effluent gazeux d'un effluent liquide et on envoie cet effluent liquide dans une étape de stabilisation lors de laquelle on récupère un reformat stabilisé, un gaz de pétrole liquéfié et un deuxième effluent gazeux qui est lui-même recyclé à l'étape de séparation. Le premier effluent gazeux 15 obtenu lors de l'étape de séparation, qui contient des quantités notables d'hydrocarbures en C1, C2 et également de l'hydrogène et des hydrocarbures C3 et C4, est classiquement utilisé comme combustible (Fuel Gas selon la terminologie anglo-saxonne). Le terme «stabilisé», pour un reformat (ou un autre liquide stabilisé selon l'invention) désigne un reformat (ou autre liquide) ayant été distillé pour éliminer la plus grande partie, et 20 généralement sensiblement la totalité des composés à 4 atomes de carbone ou moins (04-). Un but de l'invention est de fournir un procédé permettant de maximiser la récupération de l'hydrogène et des hydrocarbures en C3 et C4 qui peuvent être mieux valorisés par rapport à une simple consommation comme combustibles dans la raffinerie. 25 Résumé de l'invention La présente invention concerne donc un procédé de traitement d'une charge hydrocarbonée contenant une phase gazeuse comprenant de l'hydrogène et une phase d'hydrocarbures incluant des hydrocarbures en Cl à C4, dans lequel : a) on sépare la charge hydrocarbonée en une phase gazeuse contenant majoritairement de l'hydrogène et une phase liquide contenant des hydrocarbures; b) on effectue une première étape de recontactage de la phase gazeuse issue de l'étape a) en mélange avec un flux gazeux de recyclage issu de l'étape e) et avec la phase liquide issue de l'étape a) à une température inférieure ou égale à 55 °C; 3038907 3 c) on sépare l'effluent de recontactage de l'étape b) en une phase gazeuse riche en hydrogène et une phase liquide; d) on effectue une seconde étape de recontactage de la phase liquide issu de l'étape c) avec une phase gazeuse issue de l'étape g) à une température inférieure ou égale à 55°C; 5 e) on sépare l'effluent de recontactage issu de l'étape d) en une phase gazeuse qui est recyclé à l'étape b) et une phase liquide contenant des hydrocarbures; f) on fractionne la phase liquide issue de l'étape e) dans une colonne de fractionnement de manière à séparer une fraction gazeuse de tête et une fraction liquide de fond contenant des hydrocarbures ayant plus de 4 atomes de carbone; 10 g) on condense partiellement la fraction gazeuse de tête issue de l'étape f) et on sépare une phase liquide contenant majoritairement des hydrocarbures en C3 et C4 et une phase gazeuse qui est recyclée à l'étape d). Ainsi, grâce au recyclage de la fraction gazeuse récupérée après le fractionnement de 15 l'étape g) (ou stabilisation) dans la seconde étape de recontactage qui permet de récupérer un effluent gazeux qui est lui-même recyclé dans la première étape de recontactage, on améliore le rendement de récupération des composés hydrocarbures en C3 et C4 mais également la récupération en hydrogène. 20 Le terme "recontactage" désigne une opération qui permet d'extraire des composés contenus dans une phase gazeuse au moyen d'une phase liquide qui a un pouvoir absorbant grâce à une mise en contact entre les deux phases. Par exemple un recontactage peut être assuré en réalisant un contact direct par mélange en ligne des phases liquide et gazeuse. 25 De façon avantageuse, la charge d'hydrocarbures qui est traitée par le procédé est un effluent produit par un procédé de reformage catalytique. Dans un mode de réalisation préféré, les étapes de séparation c) et e) sont réalisées au moyen d'un ballon de séparation. 30 Ces modes de réalisation sont avantageux du point de vue de la mise en oeuvre car ils impliquent des équipements plus simples à gérer et qui nécessitent un investissement peu coûteux, en particulier par rapport à une colonne de recontactage. 3038907 4 La première étape de recontactage est de préférence réalisée à une température comprise entre -20 et 55°C. La seconde étape de recontactage est de préférence réalisée à une température comprise entre 10 et 55°C. 5 De préférence, l'étape b) est effectuée avec la phase gazeuse comprimée à une pression comprise entre 1,6 et 4,0 MPa. De façon préférée, la fraction liquide de fond contenant des hydrocarbures issue de l'étape f) alimente un dispositif d'échange de chaleur pour chauffer la phase liquide contenant des 10 hydrocarbures issue de l'étape e). De façon avantageuse la phase gazeuse riche en hydrogène et/ou la phase liquide issues de l'étape c) alimentent au moins un échangeur de chaleur afin de refroidir le mélange gaz/liquide à l'étape b). 15 Description détaillée de l'invention Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et en référence au dessin de la figure 1 qui représente une vue schématique d'un arrangement spécifique du 20 procédé selon l'invention. La charge qui est traitée par le procédé est par exemple un effluent d'une unité de reformage catalytique, des effluents de déshydrogénation, par exemple de butane, ou de pentane, ou d'hydrocarbures supérieurs, par exemple des fractions comprenant essentiellement des 25 hydrocarbures ayant de 10 à 14 atomes de carbone, dont les oléfines sont utilisées en aval pour la fabrication d'alkyl-benzènes linéaires (appelés communément LAB). Le procédé selon l'invention peut également s'appliquer à des effluents d'unités d'hydrotraitement (hydrodésulfuration, hydrodémétallisation, hydrogénation totale ou sélective) de toutes coupes hydrocarbonées telles que naphta, essence, kérosène, gasoil 30 léger, gasoil lourd, distillat sous vide, résidu sous vide. De façon plus générale, il est applicable à tout effluent comprenant de l'hydrogène, des hydrocarbures légers (méthane et/ou éthane), des LPG (propane et/ou butane) ainsi que des hydrocarbures plus lourds. De préférence, le procédé selon l'invention permet de traiter des effluents issus d'unités de reformage catalytique. 3038907 5 En référence à la figure 1, la charge hydrocarbonée contenant une phase gazeuse comprenant de l'hydrogène et une phase d'hydrocarbures incluant des hydrocarbures en C1, C2, C3 et C4 est envoyée par la ligne 1 dans une dispositif de séparation gaz-liquide 2 qui peut être un ballon séparateur gaz-liquide connu de l'homme du métier. Le dispositif de 5 séparation 2 permet de récupérer une fraction gazeuse 3 et une fraction liquide 4, respectivement en tête et en fond dudit dispositif 2. Comme indiqué à la figure 1, la fraction gazeuse 3 de tête qui contient majoritairement de l'hydrogène et des hydrocarbures légers en C1, C2, C3 et C4 peut être divisée en deux flux 5 et 6. Le flux 5 est recyclé comme gaz de recycle dans une unité réactionnelle situé en amont, par exemple une unité de reformage 10 catalytique. Quant au flux de gaz 6, il est comprimé au moyen du compresseur 7 et ensuite envoyé dans un système de refroidissement 8. Le gaz 6 est typiquement comprimé à une pression comprise entre 0,6 et 1,0 MPa. Conformément à l'invention, le gaz 6 comprimé est mélangé avec un gaz de recycle, amené par la ligne 23, dont l'origine est détaillée ci-dessous. Ce mélange est refroidi par exemple à une température inférieure à 55°C. L'effluent 15 issu du système de refroidissement 8 est transféré dans un ballon séparateur pour récupérer un gaz 10 épuré en hydrocarbures liquides qui ont condensé par refroidissement. Le gaz refroidi 10 est comprimé au moyen du compresseur 11 à une pression généralement comprise entre 1,6 et 4,0 MPa. Le gaz 10 comprimé est soumis à une étape de recontactage à basse température en présence de la fraction liquide d'hydrocarbures 4 issue du dispositif 20 de séparation gaz-liquide 2. La fraction liquide d'hydrocarbures 4 est employée comme absorbant pour récupérer les hydrocarbures légers (C1 à C4) présents dans le gaz 10. A cette fin, le gaz 10 est mélangé à la fraction liquide d'hydrocarbures 4 pour réaliser un recontactage puis le mélange est refroidi à une température inférieure ou égale à 55°C, de préférence comprise entre -20 et 25 55°C. Comme indiqué sur la figure 1, le refroidissement du mélange peut être effectué au moyen d'un refroidisseur à air 12 ("Air Cooler" selon la terminologie anglo-saxonne) et d'un groupe de réfrigération 13 ("Chiller" selon la terminologie anglo-saxonne). Le mélange gaz-liquide est transféré dans un ballon de séparation 14 dans lequel a lieu une séparation gaz/liquide afin de dans la phase liquide les hydrocarbures en C3 et C4 contenus dans le 30 gaz 10. On soutire ainsi en tête du ballon séparateur 14 un gaz 15 riche en hydrogène en mélange avec des hydrocarbures Cl et C2, et en fond un effluent liquide d'hydrocarbures 16 dont des hydrocarbures en C3 et C4. Ainsi le reconctactage a lieu dans la ligne qui permet d'amener le mélange gaz/liquide du refroidisseur à air 12 vers le ballon de séparation 14. Comme indiqué dans la figure 1, afin de diminuer la puissance nécessaire pour faire 35 fonctionner le groupe de réfrigération 13, il est mis en oeuvre au moins un système 3038907 6 d'échangeur de chaleur indirect, qui est alimenté par exemple par le gaz refroidi 15 et/ou par l'effluent liquide d'hydrocarbures 16, pour refroidir le mélange gaz-liquide. Le mode de réalisation de la figure 1 met en jeu deux systèmes d'échangeur de chaleur indirect 17 et 18 qui utilisent respectivement comme fluide échangeur de chaleur le gaz refroidi 15 et l'effluent 5 liquide d'hydrocarbures 16. Le gaz 15 riche en hydrogène est évacué de l'unité de traitement par la ligne 20 après éventuellement passage à travers un lit de garde 19 ("Guard bed" selon la terminologie anglo-saxonne) afin d'adsorber le chlore présent dans le gaz lorsque que la charge hydrocarbonée traitée par le procédé est un effluent de reformage catalytique. 10 Selon le procédé de l'invention, l'effluent liquide d'hydrocarbures 16 qui contient encore des hydrocarbures C3 et C4 est utilisé en tant que liquide absorbant dans une seconde étape de recontactage avec un gaz de recyclage apporté par la ligne 21 qui est détaillé ci-après. L'objectif du second recontactage est de récupérer les hydrocarbures C3 et C4 contenus dans le gaz de recycle 21 avec l'effluent liquide d'hydrocarbures 16 en tant que liquide de 15 d'absorption. La seconde étape de recontactage est réalisée à une température supérieure à celle de la première étape de recontactage, qui est de préférence comprise entre 10 et 55 °C. Cette température résulte de l'équilibre thermodynamique de l'absorption du liquide 16 et de la vapeur 21. De préférence aucun moyen de contrôle de la température (par exemple du type 20 échangeur de chaleur) n'est utilisé. Le recontactage est ainsi réalisé dans la ligne qui amène le mélange (effluent liquide d'hydrocarbures /le gaz de recyclage) vers la zone de séparation de phase gaz/liquide. Comme indiqué sur la figure 1, la zone de séparation de phase gaz/liquide comporte un ballon de séparation 22 qui est opéré de manière à maximiser la récupération dans le gaz de tête de l'hydrogène et des hydrocarbures en Cl et C2. 25 Conformément à l'invention, l'effluent gazeux contenant de l'hydrogène et des hydrocarbures en Cl et C2 est soutiré par la ligne 23 pour être recyclé en totalité en mélange avec le gaz 6 comprimé issu du ballon séparateur 2. Par le fond du second ballon de séparation 22, on récupère un effluent liquide 24 partiellement épuré en hydrogène et hydrocarbures en Cl et C2, contenant essentiellement 30 des hydrocarbures ayant trois et plus de trois atomes de carbone (C3+) et éventuellement en minorité des hydrocarbures en Cl et C2. L'effluent liquide 24 est chauffé pour être envoyé vers une unité de stabilisation qui est opérée de manière à récupérer un effluent liquide d'hydrocarbures stabilisé et un distillat liquide issu du ballon de reflux de l'unité de stabilisation qui contient en quantité majoritaire 35 des hydrocarbures en C3 et C4. L'unité de stabilisation comprend une colonne de distillation 3038907 7 25 dont le fond est pourvu d'une conduite de circulation équipée d'un circuit de recirculation comprenant un rebouilleur (non représentés) et d'une conduite d'évacuation 26 de l'effluent liquide stabilisé. Le gaz de tête de la colonne 25 circule dans un conduit 27 relié à un système de condensation comprenant un dispositif de refroidissement 28 du gaz de tête et 5 un ballon de reflux 29. Le liquide condensé comprenant en majorité des hydrocarbures en C3 et C4 (ou distillat liquide) séparé au ballon de reflux 29 est évacué via la ligne 30 est divisé en deux flux ; un flux étant recyclé dans la colonne 25 par la ligne 31 tandis que le flux complémentaire non recyclé est évacué par la ligne 32. Le gaz résiduel soutiré en tête du ballon de reflux 29, non condensé et comprenant des quantités notables d'hydrocarbures C3 10 et C4 est évacué par la ligne 21 est recyclé comme indiqué précédemment vers le ballon 22 pour subir une étape de recontactage. Toujours en référence à la figure 1, l'effluent liquide stabilisé 26 récupéré en fond de la colonne de distillation, sert avantageusement à alimenter un système d'échangeur de chaleur indirect 33,34 afin de pré-chauffer l'effluent liquide 24 avant son entrée dans la 15 colonne de distillation 25. Cette intégration thermique permet ainsi de réduire la puissance de chauffe nécessaire au rebouilleur pour faire fonctionner la colonne de distillation. Comme indiqué sur la figure 1, il est avantageux de disposer en amont de la colonne de distillation 25 un lit de garde 35 configuré pour capter le chlore éventuellement présent dans 20 l'effluent liquide 24 dans le cas où la charge hydrocarbonée traitée par le procédé est un effluent d'unité de reformage catalytique. Exemple 25 Exemple 1 L'exemple 1 (comparatif) illustre le fonctionnement d'un procédé de traitement représenté à la figure 1 mais dans lequel l'effluent gazeux 23 n'est pas recyclé à la première étape de recontactage conformément à l'invention. 30 La charge hydrocarbonée traitée est un effluent (ou reformat) issu du reformage catalytique dont la composition est donnée dans le tableau 1. 35 3038907 8 Reformat (Kg/h) H2 7 200 Cl 1 540 C2 2 540 C3 4 660 C4 ramifié 2 840 C4 linéaire 2 860 C5+ 178 360 Total Kg/h 200 000 Tableau 1: Composition du reformat La charge hydrocarbonée est d'abord traitée dans un ballon séparateur afin de séparer une phase gazeuse contenant majoritairement de l'hydrogène et une phase liquide contenant des 5 hydrocarbures. La phase gazeuse 6 issue de l'étape de séparation est comprimée par des compresseurs avec des refroidissements intermédiaires nécessaires au bon fonctionnement des compresseurs et est envoyée à la première étape de recontactage avec la phase liquide 4 issue de l'étape de séparation. Le recontactage du mélange gaz-liquide est réalisé en ligne 10 et le mélange gaz/liquide refroidi à une température de 0°C est séparé dans un ballon séparateur qui fonctionne à une pression de 3,18 MPa. Du ballon séparateur de recontactage on soutire une phase gazeuse 20 riche en hydrogène et une phase liquide 16 contenant des hydrocarbures. La phase liquide 16 est ensuite mise en contact avec une phase gazeuse de recycle 21 15 provenant du ballon de reflux de la colonne de stabilisation. Le second recontactage est réalisé en ligne et le mélange gaz/liquide est séparé dans un ballon séparateur qui est opéré à une pression de 1,03 MPa, de manière à fournir un gaz 23 qui n'est pas recyclé au premier recontactage et une phase liquide 24. Ce gaz 23 selon l'état de l'art est utilisé comme combustible dans les fours. 20 La phase liquide 24 est fractionnée dans une colonne de fractionnement (colonne de stabilisation) pour récupérer une fraction gazeuse de tête 27 et une fraction liquide de fond 26 contenant des hydrocarbures ayant plus de 4 atomes de carbone. Cette colonne est opérée avec une pression de 1,05 MPa et à une température de 43°C au ballon de reflux. Ainsi la fraction gazeuse de tête 24 est condensée dans un ballon de reflux d'où l'on sépare 25 une phase liquide 30 et une phase gazeuse 21 qui est recyclée au second recontactage. 3038907 9 Le tableau 2 regroupe les compositions de différents flux générés par le procédé de l'exemple 1. Flux (20) Flux (23) Flux (32) Flux (26) (Kg/h) (Kg/h) (Kg/h) (Kg/h) H2 7 156 44 0,02 REVENDICATIONS1. Procédé de traitement d'une charge hydrocarbonée (1) contenant de l'hydrogène et des hydrocarbures incluant des hydrocarbures en Cl à C4, dans lequel : a) on sépare la charge hydrocarbonée en une phase gazeuse (6) contenant majoritairement de l'hydrogène et une phase liquide (4) contenant des hydrocarbures; b) on effectue une première étape de recontactage de la phase gazeuse (6) issue de l'étape a) en mélange avec un flux gazeux de recyclage (23) issu de l'étape e) et avec la phase liquide (4) issue de l'étape a) à une température inférieure ou égale à 55'C; c) on sépare l'effluent de recontactage de l'étape b) en une phase gazeuse riche en hydrogène (15) et une phase liquide (16); d) on effectue une seconde étape recontactage de la phase liquide (16) issue de l'étape c) avec une phase gazeuse (21) issue de l'étape g) à une température inférieure ou égale 55t; e) on sépare l'effluent de recontactage issu de l'étape d) en une phase gazeuse (23) qui est recyclée à l'étape b) et une phase liquide (24) contenant des hydrocarbures ; f) on fractionne la phase liquide (24) issue de l'étape e) dans une colonne de fractionnement (25) de manière à séparer une fraction gazeuse de tête (27) et une fraction liquide de fond (26) contenant des hydrocarbures ayant plus de 4 atomes de carbone; g) on condense la fraction gazeuse de tête (27) issue de l'étape f) et on sépare une phase liquide contenant majoritairement des hydrocarbures en C3 et C4 (30) et une phase gazeuse (21) qui est recyclée à l'étape d). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la charge hydrocarbonée (1) est un effluent d'un procédé de reformage catalytique. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les étapes de séparation c) et e) sont réalisées au moyen d'un ballon de séparation. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la fraction liquide de fond (26) issue de l'étape f) alimente un dispositif d'échange de chaleur indirect pour chauffer la phase liquide (24) contenant des hydrocarbures issue de l'étape e). 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première étape de recontactage est effectuée à une température comprise entre -20 et 55'C. 3038907 12 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la seconde étape de recontactage est effectuée à une température comprise entre 10 et 55t. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étape b) est effectuée 5 avec la phase gazeuse comprimée à une pression comprise entre 1,6 et 4,0 MPa. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la phase gazeuse riche en hydrogène (15) et/ou la phase liquide (16) issues de l'étape c) alimentent au moins un échangeur de chaleur afin de refroidir le mélange gaz/liquide à l'étape b). 10