Brevet FR3044310A1 — publié le 20170602

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne la production de distillat moyen par l'intermédiaire d'un procédé d'oligomérisation d'oléfines comprenant de 3 à 9 atomes de carbone. Un distillat moyen selon l'invention correspond aux fractions ayant un point d'ébullition supérieur à 140°C, du type kérosène et/ou gasoil. ART ANTÉRIEUR Les procédés d'oligomérisation d'oléfines opèrent en présence de catalyseurs acides. Habituellement, l'augmentation du rendement en distillats moyens des procédés d'oligomérisation, est obtenue en opérant à plus forte sévérité. Cette plus forte sévérité est généralement obtenue au moyen d'une augmentation de la température moyenne du catalyseur et/ou au moyen d'une augmentation du temps de résidence de la charge sur ledit catalyseur par une diminution de la vitesse spatiale de la charge. De façon conventionnelle, pour maximiser la conversion des oléfines, on installe une batterie de réacteurs à lit fixes en séries avec refroidissement intermédiaire ou refroidissement direct pour contrôler l'exothermicité de la réaction. Le premier réacteur qui reçoit la charge fraiche réactive polluée par des composés soufrés, azotés ou oxygénés est celui qui comporte le catalyseur qui se désactive en premier de par la formation de coke et l'empoisonnement en particulier par les composés azotés basiques. Le réacteur de tête se trouve donc désactivé prématurément et le changement du catalyseur est nécessaire pour maintenir la performance tandis que la température des réacteurs en aval est progressivement augmentée pour compenser leurs désactivations progressives. Selon une autre mise en oeuvre conventionnelle, des réacteurs à lit fixes, adiabatiques ou isothermes, peuvent être installés en parallèle de manière à ne traiter qu'une partie seulement du débit et à opérer de façon étagée. Dans cette configuration, il y a pratiquement toujours un réacteur qui est court-circuité pour régénérer le catalyseur ou le remplacer par du catalyseur frais. Dans cette dernière 3044310 2 configuration, du fait du positionnement en parallèle, la charge réactive fraiche passe sur le catalyseur frais ou régénéré avec le risque d'une exothermicité incontrôlée et l'inconvénient de favoriser le cokage prématuré et le craquage. En parallèle des réactions d'oligomérisation, il est connu de l'homme de l'art que ce 5 type de catalyse mettant en jeu un catalyseur acide génère des réactions d'isomérisation, de dismutation de transfert d'hydrogène, de cyclisation (oléfines => paraffines + aromatiques) et de formation de coke qui sont favorisées quand on durcit la sévérité des conditions opératoires pour augmenter la conversion des oléfines. En particulier on observe la formation de paraffines légères ce qui se traduit 10 par une baisse significative du rendement en distillat. La demande de brevet US 2014/0135543 décrit un procédé d'oligomérisation d'oléfines permettant de maximiser le produit désiré grâce à une installation unique pouvant traiter 2 charges distinctes avec deux types de catalyseurs différents de manière indépendante. 15 Le brevet FR 2 873 116 décrit un procédé d'oligomérisation d'oléfines utilisant un catalyseur à base de silice-alumine. Dans ce brevet plusieurs configurations de la section réactionnelle sont décrites pour la mise en oeuvre du procédé, notamment un mode de fonctionnement comprenant deux réacteurs d'oligomérisation en série avec une séparation intermédiaire des oligomères. 20 II existe donc un réel besoin d'optimisation des procédés d'oligomérisation d'oléfines permettant de maximiser le rendement en distillat moyen. De manière surprenante, la demanderesse a pu démontrer que la mise en oeuvre d'au moins deux réacteurs permutables au sein d'un procédé d'oligomérisation d'oléfine permettait d'obtenir de meilleurs rendements sans avoir besoin de durcir les 25 conditions opératoires, grâce au réglage de la température de chacun des réacteurs et en particulier en imposant à chacun des réacteurs une température d'au moins 10°C inférieure à la température du réacteur précécbnt. 3044310 3 OBJET DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de production de distillat moyens comprenant au moins une étape d'oligomérisation catalytique d'oléfines comprenant de 3 à 9 atomes de carbone dans lequel la section réactionnelle comporte au moins deux réacteurs 5 permutables contenant chacun au moins un catalyseur d'oligomérisation, et dans lequel le réacteur le plus en aval selon le sens de circulation de ladite charge contient le catalyseur dont le temps d'utilisation est plus court que le temps d'utilisation des catalyseurs présents dans les autres réacteurs et opère à une température moyenne (WABTn) inférieure à la température moyenne (WABTn-1) du 10 réacteur le précédant directement, l'écart entre lesdites températures moyennes étant d'au moins 10°C (WABTn-1 - WABTn 10°C). Dans ces conditions il est apparu de façon surprenante que l'installation du catalyseur le plus frais dans le dernier réacteur permet à la fois d'atteindre de hautes conversions à basse température et à la fois de limiter le craquage des fractions 15 lourdes bouillant dans la gamme de température des distillats moyens et donc de maximiser le rendement en distillat moyens, c'est-à-dire en fractions ayant un point d'ébullition supérieur à 140°C, du type Kérosène efou Gasoil. Un autre avantage de ce procédé est qu'il permet de réaliser l'oligomérisation des oléfines branchées très réactives dans le ou les premiers réacteurs en présence d'un 20 catalyseur passivé par le dépôt de coke durant son opération dans le dernier réacteur, évitant ainsi tout risque d'emballement thermique. L'exothermicité de la réaction mettant en jeu du catalyseur frais ou régénéré est par ailleurs maitrisée en le positionnant en dernier, où il opère sur l'effluent des réacteurs localisés en amont, donc un effluent débarrassé des oléfines les plus réactives. Ainsi, au redémarrage du 25 réacteur situé en dernière position, l'exothermicité observée habituellement est moins importante et plus aisément contrôlée, car les oléfines les plus réactives présentes dans la charge ont été consommées dans le réacteur de tête. 3044310 4 DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de production de distillats moyens par oligomérisation d'oléfines comprenant de 3 à 9 atomes de carbone et de manière préférée de 4 à 6 atomes de carbone au moyen d'une section réactionnelle 5 comprenant au moins n réacteurs permutables, n étant un entier supérieur ou égal à 2. Le procédé selon l'invention se distingue des procédés selon l'art antérieur en ce que ledit procédé est opéré avec des réacteurs permutables comprenant chacun un catalyseur dont la fraicheur est différente, le dernier réacteur contenant le catalyseur le plus frais et opérant à une température moyenne (WABTn) inférieure à la 10 température moyenne (WABTn-1) du réacteur le précédant directement, l'écart entre lesdites températures moyennes étant d'au moins 10°C (WABTn-1 - WABTn 10°C). Cet agencement permet d'améliorer la sélecti/ité vers les distillats moyens. On entend par catalyseur frais un catalyseur n'ayant jamais été utilisé ou un catalyseur n'ayant pas été utilisé après régénération. Ainsi, un catalyseur est qualifié 15 de plus frais lorsque son temps d'utilisation dans un réacteur, éventuellement après régénération, est plus court que les temps d'utilisation des catalyseurs présents dans les autres réacteurs. On entend par temps d'utilisation, la durée pendant laquelle un catalyseur est mis en contact avec la charge. 20 On entend par réacteurs permutables des réacteurs disposés en série et utilisés de façon cyclique en répétant, après une étape a) durant laquelle la charge traverse successivement tous les réacteurs d'oligomérisation, successivement des étapes b), b'), et c) définies ci-après : - une étape b) durant laquelle la charge est introduite dans le réacteur non 25 désactivé situé immédiatement en aval, par rapport au sens de circulation de la charge, du réacteur désactivé, en court-circuitant le réacteur désactivé' - une étape b'), simultanée à l'étape b), durant laquelle le catalyseur du réacteur désactivé est régénéré ou remplacé, 3044310 5 - une étape c) durant laquelle la charge traverse tous les réacteurs d'hydrogénation, le réacteur dont le catalyseur a été régénéré ou remplacé à l'étape b') étant reconnecté de manière à être situé en aval des autres réacteurs par rapport au sens de circulation de la charge. 5 On entend par WABTn la température moyenne dans le dernier réacteur. Les températures moyennes des autres réacteurs sont déclinées selon la terminologie suivante : WABTn-1 pour la température moyenne de l'avant dernier réacteur ; WABTn-2 pour la température moyenne du réacteur placé directement en amont de l'avant dernier réacteur et ainsi de suite. 10 En marche stabilisée la température du dernier réacteur doit être ajustée pour finaliser la conversion et cela tant que le catalyseur en première position n'est pas passivé de sorte que la température moyenne du lit ou des lits de catalyseur en dernière position ne dépasse pas une température moyenne dite WABTn (Weighted Average Bed Temperature selon la terminologie anglo-saxonne). Conformément à 15 l'invention la température WABTn est inférieure d'au moins 10°C, de préférence d'au moins 30°C, à la température moyenne du ou des lits de catalyseurs dans le premier réacteur. Le réacteur contenant le catalyseur le plus frais est installé en dernière position selon le sens de circulation de la charge. Cette méthode implique que chaque réacteur est 20 avancé d'une place à chaque fois qu'un catalyseur est régénéré ou remplacé jusqu'à devenir le réacteur occupant la première position. Ledit premier réacteur est alors isolé pour permettre le remplacement ou la régénération du catalyseur puis est reconnecté en dernière position. Le premier réacteur contient donc toujours le catalyseur le moins frais, qui finit son cycle dans cette position jusqu'à sa 25 passivation. Selon une variante très préférée, le procédé selon l'invention comprend deux réacteurs, chaque réacteur pouvant contenir plusieurs lits de catalyseur. Dans cette configuration, le catalyseur le plus frais est chargé dans le deuxième réacteur. 3044310 6 De manière encore plus préférée, le procédé selon l'invention comprend trois réacteurs. Les deux premiers réacteurs sont en fonctionnement pendant que le troisième réacteur n'est pas en fonctionnement. Ledit troisième réacteur est chargé et utilisé pour remplacer le second réacteur dès que nécessaire. Cette disposition 5 permet d'assurer un fonctionnement en continu de l'unité avec deux réacteurs en fonctionnement pendant que le catalyseur du troisième réacteur est régénéré ou remplacé. Tout type de catalyseur d'oligomérisation peut être utilisé dans le procédé selon l'invention. De manière préférée, lesdits catalyseurs sont choisis parmi les 10 catalyseurs de type zéolitiques, de types oxydes mixtes amorphes, de types oxydes mixtes cristallisés et les résines. Des catalyseurs zéolitiques peuvent être utilisés dans les procédés d'oligomérisation et dans ce cas, un liant peut éventuellement être ajouté, notamment pour faciliter la mise en forme de la zéolithe. En particulier, les zéolithes appartenant aux familles 15 suivantes décrites dans l'atlas des structures zéolitiques (Atlas of Zeolite Framework Types, Ch. Baerlocher, L.B. McCusker, D.H. Oison, 6th Revised Edition 2007, ELSEVIER) peuvent être utilisées : AEL, AFO, ATO, BEA, BPH, EUO, FER, FAU, IMF, ITH, MEI, MEL, MFI, MOR, MSE, MTT, MTW, MWW, OFF, SFV, SVR, TON, TUN, UZM-8. De manière plus préférée, on peut par exemple utiliser les zéolithes 20 EU-1, ZSM-5, ZSM-11, ZSM-12, ZSM-22, ZSM-23, ZSM-35. Les catalyseurs utilisées peuvent également être de type oxyde mixte amorphe ou non. Par exemple le brevet EP 0 463 673 décrit des catalyseurs d'oligomérisation du propylène à base de silice-alumine amorphe avec un rapport molaire silice/alumine compris entre 30/1 et 500/1 et le brevet US 4 544 791 décrit des catalyseurs 25 d'oligomérisation d'oléfines contenant 4 atomes de carbone à base d'alumines promues par du bore ou fluorées, ou encore d'une silice-alumine amorphe ayant une teneur en silice comprise entre 60 et 95 % en masse. Le procédé est généralement opéré à une température comprise entre 40°C et 350°C, de préférence entre 120°C et 300°C. 3044310 7 La pression est généralement comprise entre 0,1 MPa et 15MPa, de préférence entre 2MPa et 10MPa. La vitesse volumétrique horaire, également appelée VVH (débit de charge par volume de catalyseur ou volume de charge /(volume de catalyseur.heure)) est 5 généralement comprise entre 0,05h-1 et 5,0h-1, de préférence entre 0,3h-1 et 3,0h-1. Ladite VVH ne représentant que la quantité de charge qui n'a pas traversé la section réactionnelle, communément appelée charge fraiche, la valeur de la VVH ne prend donc pas en compte un éventuel recyclage de charge non convertie. EXEMPLES 10 Exemple 1 (comparatif) : 2 réacteurs en série non permutables On utilise une charge obtenue par fractionnement de l'essence totale issue d'un craquage catalytique en lit fluidisé et contenant 56 % en poids d'oléfines. Sa teneur en soufre est de 50 ppm en poids. La charge dont la composition, déterminée par chromatographie phase gazeuse, est indiquée au tableau 1 est passée au préalable 15 sur tamis moléculaire 13X afin d'enlever les composés azotés. Tableau 1: composition de la charge Caractéristiques de la charge % Poids C4 oléfines 1 C5 oléfines 43 C6 oléfines 12 C4-C6 Paraffines 44 C5 Diènes 800 ppm poids Densité 0,654 20 Initialement, les deux réacteurs en opération contiennent des catalyseurs frais et sont à la même WABT de 155°C. Les températures des deux réacteurs sont progressivement augmentées au cours du temps jusqu'à une température de 200°C afin de compenser la désactivation des catalyseurs. Ces augmentations de températures ont été réalisées en parallèle dans les deux réacteurs en maintenant 25 les WABT identiques afin de maintenir une conversion constante dans le temps. 3044310 8 Dans cette configuration, la température WABT du second réacteur reste donc égale à la WABT du premier réacteur au cours du temps. La charge est alors engagée dans un procédé d'oligomérisation comprenant deux réacteurs opérant dans les conditions opératoires initiales suivantes : 5 - Réacteur 1 : WABT1 = 200°C et VVH = 11-0, réacteur comprenant un lit de catalyseur silice-alumine extrudé de 1,6 mm de diamètre (commercialisé sous la référence IP 811 par la société Axens). - Réacteur 2 : WABT2 = 200°C et VVH = 11-0, réacteur comprenant un lit de catalyseur identique à celui décrit pour le réacteur 1. 10 Le taux de conversion des oléfines comportant 5 ou 6 atomes de carbone est de 85%. Le pourcentage en poids de fraction essence (point d'ébullition inférieur à 140°C) est de 22% et le pourcentage en poids de diâillat moyen (point d'ébullition supérieur à 140°C) est de 78%. 15 Exemple 2 (selon l'invention) : 2 réacteurs en série, permutables La charge est identique à celle de l'exemple 1. Initialement, les deux réacteurs en opération contiennent le même catalyseur frais que celui de l'exemple 1 et la température WABT de chacun des réacteurs est de 20 155°C. Au cours du temps on augmente indépendamment la température des deux réacteurs pour compenser la désactivation des catalyseurs. La température du réacteur en deuxième position selon le sens de circulation de la charge est maintenue plus basse que celle du réacteur en première position, tout en maintenant 25 une conversion constante. Lorsque le catalyseur du réacteur 2 est en milieu de cycle, le réacteur contenant celui-ci est placé en première position pour devenir le réacteur 1, un réacteur contenant du catalyseur frais est alors placé en deuxième position pour devenir le réacteur 2. 3044310 9 La charge est alors engagée dans un procédé d'oligomérisation opérant dans les conditions opératoires suivantes : - Réacteur 1 : WABT1 = 190°C - VVH = 11-0, réacteur comprenant un lit de catalyseur en milieu de cycle. 5 - Réacteur 2 : WABT2 = 155°C - VVH = 11i1 réacteur comprenant un lit de catalyseur frais. Le réacteur 2 opère donc à une température WABT 35°C en dessous de celle du réacteur 1. 10 La conversion globale des oléfines comportant 5 ou 6 atomes de carbone est de 85%. Le pourcentage en poids de fraction essence (point d'ébullition inférieur à 140°C) est de 15% et le pourcentage en poids de diâillat moyen (point d'ébullition supérieur à 140°C) est de 85%. 15 Exemple 3 (selon invention): La charge est identique à celle de l'exemple 1. Cet exemple est initialement mené dans les conditions de l'exemple 2 de manière à obtenir un réacteur 1 comportant un catalyseur proche de sa fin de cycle et un réacteur 2 comportant un catalyseur partiellement désactivé. 20 La charge est ensuite engagée dans un procédé d'oligomérisation opérant dans les conditions opératoires suivantes : - Réacteur 1 : WABT1 = 250°C - VVH = 11-0, réacteur comprenant le lit de catalyseur en fin de cycle. 25 - Réacteur 2 : WABT2 = 185°C - VVH = 11-0, réacteur comprenant le lit de catalyseur partiellement désactivé. La conversion globale des oléfines comportant 5 ou 6 atomes de carbone est de 85%. Le pourcentage en poids de fraction essence (point d'ébullition inférieur à 3044310 10 140°C) est de 17% et le pourcentage en poids de diâillat moyen (point d'ébullition supérieur à 140°C) est de 83%. A ce stade, le catalyseur du réacteur 1 opère à haute température car il est proche de la fin de son cycle, le réacteur 2 est sur le point d'être permuté en position 1, mais 5 il est encore opéré à une température plus basse de 65°C par rapport à celle du réacteur 1 conformément à l'invention, et plus basse de 15°C par rapport à celle du réacteur 2 de l'exemple 1 (comparatif). Tableau 2 : comparaison des résultats obtenus dans les exemples 1, 2 et 3 10 Sélectivités Exemple 1 Exemple 2 Exemple 3 (Comparatif) (Invention) (Invention) % poids fraction essence (point d'ébullition inférieur à 140°C) 22 15 17 % poids distillat moyen (point d'ébullition supérieur à 140°C) 78 85 83 % conversion des 85 85 85 oléfines comportant 5 ou 6 atomes de carbone Le procédé selon l'invention (Exemples 2 et 3) permet de maximiser la sélectivité de la réaction d'oligomérisation vers les distillats par rapport aux procédés de l'art antérieur (Exemple 1) en minimisant le recraquage en essence des oligomérats 15 lourds formés par la réaction d'oligomérisation. REVENDICATIONS1. Procédé de production de distillat moyens comprenant au moins une étape d'oligomérisation catalytique d'une charge comportant des oléfines comprenant de 3 à 9 atomes de carbone dans lequel la section réactionnelle comporte au moins deux réacteurs positionnés en série et permutables contenant chacun au moins un catalyseur des réactions d'oligomérisation, lesdits catalyseurs étant identiques ou différents, et dans lequel le réacteur le plus en aval selon le sens de circulation de ladite charge contient le catalyseur dont le temps d'utilisation est plus court que le temps d'utilisation des catalyseurs présents dans les autres réacteurs et opère à une température moyenne (WABTn) inférieure à la température moyenne (WABTn-1) du réacteur le précédant directement, l'écart entre lesdites températures moyennes étant d'au moins 10°C (WABTn-1 WABTn 10° C). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les réacteurs positionnés en série et permutables sont utilisés de façon cyclique en répétant, après une étape a) durant laquelle la charge traverse successivement tous les réacteurs d'oligomérisation, successivement des étapes b), b'), et c) définies ci-après : - une étape b) durant laquelle la charge est introduite dans le réacteur non désactivé situé immédiatement en aval, par rapport au sens de circulation de la charge, du réacteur désactivé, en court-circuitant le réacteur désactivé, - une étape b'), simultanée à l'étape b), durant laquelle le catalyseur du réacteur désactivé est régénéré ou remplacé, - une étape c) durant laquelle la charge traverse tous les réacteurs d'hydrogénation, le réacteur dont le catalyseur a été régénéré ou remplacé à l'étape b') étant reconnecté de manière à être situé en aval des autres réacteurs par rapport au sens de circulation de la charge. 3044310 12 3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, dans lequel l'écart entre lesdites températures moyennes est d'au moins 30°C (WABTn-1- WABTn 30°C). 4. Procédé selon les revendications 1 ou 2, dans lequel deux réacteurs sont utilisés. 5 5. Procédé selon les revendications 1 ou 2, dans lequel trois réacteurs sont utilisés. 6. Procédé selon l'une quelconques des revendications précédentes, dans lequel lesdits réacteurs contiennent un lit de catalyseur. 7. Procédé selon l'une quelconques des revendications 1 à 5, dans lequel lesdits réacteurs contiennent plusieurs lits de catalyseur. 10 8. Procédé selon l'une quelconques des revendications précédentes, dans lequel lesdits catalyseurs sont choisis parmi les catalyseurs de type zéolitiques, de types oxydes mixtes amorphes, de types oxydes mixtes cristallisés et les résines. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la 15 température est comprise entre 40°C et 350°C. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pression est comprise entre 0,1 MPa et 15 MPa. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la vitesse volumétrique horaire est comprise entre 0,05h-1 et 5,00h-1. 20