Brevet FR3084084A1 — publié le 20200124

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de fabrication d'oléfines et de distillats moyens à partir d'un effluent hydrocarboné issu de la synthèse Fischer-Tropsch. Etat de la technique Le procédé Fischer-Tropsch (FT) permet de produire des hydrocarbures de synthèse à partir d'une charge gazeuse composée majoritairement d'hydrogène et de monoxyde de carbone, appelée également gaz de synthèse (CO+H2). En particulier, dans le procédé Fischer-Tropsch basse température, le gaz de synthèse (CO+H2) est transformé catalytiquement en eau, produits oxygénés et en hydrocarbures sous forme gaz, liquide ou solide dans les conditions standard. Après séparation de l'eau, les hydrocarbures de synthèse obtenus sont majoritairement composés de paraffines majoritairement linéaires mais contiennent également des oléfines et des produits oxygénés. Généralement l'effluent issu du procédé Fischer-Tropsch, en sortie de l'unité, comprend au moins deux fractions, une fraction légère, appelée condensats, et une fraction lourde, appelée cires. Ces hydrocarbures de synthèse produits ne sont pas directement incorporables aux pools carburants conventionnels ou utilisables comme lubrifiants. A titre d'exemple, le point d'écoulement d'une paraffine à 20 atomes de carbone et ayant un point d'ébullition à 340°C est de 37°C environ ce qui rend son incorporation directe dans la coupe gazole impossible compte tenu de la spécification requise de - 15°C. Une étape d'hydroisomérisation est nécessaire pour abaisser les points d'écoulement des différents composés hydrocarbonés. D'autre part, des étapes de traitement sont nécessaires afin d'éliminer les composés oléfiniques et oxygénés, d'augmenter le rendement en distillats moyens et d'améliorer les propriétés des coupes kérosène et gazole afin de respecter les spécifications. Par ailleurs, les produits de la réaction Fischer-Tropsch peuvent être utilisés de manière avantageuse dans la production d'oléfines et peuvent augmenter le rendement en oléfines légères (par exemples les oléfines en C2-C4). En outre, l'utilisation de naphta synthétique issus de la réaction Fischer-Tropsch dans la production d'oléfines réduit les quantités de dioxyde de carbone et de sous-produits aromatiques par rapport à l'utilisation d'un naphta dérivé de pétrole brut. Typiquement, le naphta synthétique est envoyé dans une unité de vapocraquage pour former les oléfines. Par exemple, le document US7279610 décrit un 1 2 procédé de production d'éthylène, de propylène et de butylène par vapocraquage à partir d'une charge hydrocarbonée de type naphta produit par synthèse Fischer-Tropsch. Dans ce procédé, la fraction lourde ayant un point d'ébullition initial supérieur à 150°C et un point d'ébullition final inférieur à 400°C est soumise à un vapocraquage dans un four de 5 vapocraquage conçu pour du naphta. Le document US7763763 décrit un procédé de production d'oléfines par vapocraquage d'un effluent de Fischer-Tropsch. Dans ce procédé, l'effluent Fischer-Tropsch doit être d'abord fractionné en deux flux, une fraction lourde et une fraction légère. Dans ce procédé, la charge à traiter correspond à un flux combiné de la fraction légère issue du fractionnement de l'effluent Fischer-Tropsch et de la fraction lourde 10 valorisée (obtenue après une étape d'hydrocraquage/hydroisomérisation de la fraction lourde issue du fractionnement de l'effluent de Fischer-Tropsch). Cependant, ces procédés sont réalisés à l'aide de fours de vapocraquage qui sont conçus également pour fonctionner selon des conditions dites de haute sévérité. Cependant les procédés mettant en oeuvre ces fours de vapocraquage peuvent présenter de sérieux inconvénients, tels que des phénomènes 15 importants de cokage à l'intérieur du tube de craquage et un effet de vieillissement prématuré des installations de vapocraquage. De plus, ces procédés de vapocraquage produisent de nombreux produits craqués légers que ne peuvent pas être incorporés dans le pool essence. Objets de l'invention 20 Un objectif de la présente invention est donc de fournir un procédé de production d'oléfines et de distillats moyens à partir d'un effluent paraffinique produit par la synthèse FischerTropsch dans un enchainement judicieux d'étapes permettant le traitement de la fraction légère (condensat) et le traitement de la fraction lourde (cires) permettant à la fois de maximiser la production de distillats moyens et de limiter la production de produits craqués 25 légers ne pouvant pas être incorporés dans un pool essence et donc d'améliorer la sélectivité envers la production en base distillats moyens, tout en maximisant la production d'oléfines légères. La présente invention a pour objet un procédé de production d'oléfines et de distillats 30 moyens à partir d'une charge paraffinique produite par synthèse Fischer-Tropsch comprenant au moins les étapes suivantes : 3 a) on récupère ladite charge paraffinique issue d'une unité Fischer-Tropsch (A), ladite charge paraffinique comprenant au moins une fraction légère, appelée condensat, et une fraction lourde, appelée cires ; b) on envoie au moins une partie de ladite fraction légère dans une unité de craquage 5 catalytique (C) ; c) on sépare l'effluent issu de l'unité de craquage catalytique dans une unité de fractionnement (D) pour obtenir au moins une fraction comprenant des hydrocarbures légers, au moins une fraction oléfinique, et au moins une fraction liquide résiduelle ; d) on envoie au moins une partie ladite fraction lourde dans une unité 10 d'hydrocraquage/hydroisomérisation (F) en présence d'hydrogène et d'un catalyseur d'hydrocraquage/hydroisomérisation ; e) on sépare l'effluent issu de l'unité d'hydrocraquage/hydroisomérisation dans une unité de fractionnement (G) pour obtenir une fraction de distillats moyens, une coupe naphta ayant une température maximale d'ébullition inférieure à 180°C, et une 15 fraction lourde non convertie ; f) on envoie au moins une partie de ladite coupe naphta issue de l'unité de fractionnement dans l'unité de craquage catalytique (C). Dans un mode de réalisation selon l'invention, on réalise : 20 - une étape a') supplémentaire dans laquelle on fractionne ladite fraction légère obtenue à l'étape a) dans une unité de fractionnement (H) pour obtenir une coupe légère de ladite fraction légère dont le point final d'ébullition est inférieur à 180°C et une coupe lourde de ladite fraction légère dont le point initial d'ébullition est supérieur à 120°C ; 25 - une étape b) dans laquelle on envoie ladite coupe légère de ladite fraction légère issue de l'étape a') dans ladite unité de craquage catalytique (C). Dans un mode de réalisation selon l'invention, on réalise une étape supplémentaire a") dans laquelle on envoie ladite coupe lourde de ladite fraction légère obtenue à l'issue de l'étape 30 a') dans ladite unité d'hydrocraquage/hydroisomérisation (F), en mélange avec ladite fraction lourde issue de l'étape a). 4 Dans un mode de réalisation selon l'invention, on réalise une étape g) dans laquelle on envoie ladite coupe lourde de ladite fraction légère obtenue à l'issue de l'étape a') dans une unité d'hydrotraitement (I) pour obtenir une coupe lourde hydrotraitée de ladite fraction légère. 5 Dans un mode de réalisation selon l'invention, on réalise une étape h) dans laquelle on envoie ladite coupe lourde hydrotraitée de ladite fraction légère obtenue à l'issue de l'étape g) dans une unité d'isomérisation (J). 10 Dans un mode de réalisation selon l'invention, on réalise une étape i) dans laquelle on envoie l'effluent issu de l'unité d'isomérisation (J) de l'étape h) dans l'unité de fractionnement (G), en mélange avec l'effluent issu de l'unité d'hydrocraquage/hydroisomérisation (F). Dans un mode de réalisation selon l'invention, on envoie avant l'étape b) ladite fraction 15 légère et/ou ladite fraction lourde obtenue(s) à l'issue de l'étape a) dans une unité d'hydrotraitement. Dans un mode de réalisation selon l'invention, on recycle au moins en partie ladite fraction liquide résiduelle obtenue à l'issue de l'étape c) à l'étape b). 20 Dans un mode de réalisation selon l'invention, on recycle au moins en partie ladite fraction lourde non convertie obtenue à l'issue de l'étape e) à l'étape d). Dans un mode de réalisation selon l'invention, on envoie l'intégralité de ladite coupe naphta 25 issue de l'unité de fractionnement (G) dans l'unité de craquage catalytique. Dans un mode de réalisation selon l'invention, l'unité de craquage catalytique comprend un catalyseur comprenant une zéolite ZSM-5. 30 Dans un mode de réalisation selon l'invention, le catalyseur de l'unité d'hydrocraquage/hydroisomérisation (C) comprend au moins un métal hydrodéshydrogénant choisi dans le groupe formé par les métaux du groupe VIB et du groupe VIII et au moins un solide acide de Bronsted. 5 Dans un mode de réalisation selon l'invention, le catalyseur de l'unité d'isomérisation (J) comprend au moins un métal noble du groupe VIII et un support comprenant au moins une zéolithe IZM-2 et au moins un liant. 5 Description détaillée de l'invention Dans le sens de la présente invention, les différents modes de réalisation présentés peuvent être utilisés seuls ou en combinaison les uns avec les autres, sans limitation de combinaison. 10 Etape a) Conformément à l'invention, la présente invention concerne un procédé de production d'oléfines et de distillats moyens à partir d'une charge paraffinique produite par synthèse Fischer-Tropsch comprenant au moins, et de préférence étant constitué de deux fractions, une fraction légère, appelée condensat, et une fraction lourde, appelée cires. 15 Le procédé Fischer-Tropsch bien connu de l'Homme du métier permet de produire des hydrocarbures de synthèse à partir d'une charge gazeuse composée majoritairement d'hydrogène et de monoxyde de carbone, appelée également gaz de synthèse (CO+H2). Le gaz de synthèse (CO+H2) alimentant le procédé Fischer-Tropsch peut avantageusement être produit à partir de gaz naturel, de charbon, de biomasse, de toute source de composés 20 hydrocarbonés ou d'un mélange de ces sources. En particulier, dans le procédé Fischer-Tropsch basse température, le gaz de synthèse (CO+H2) est transformé catalytiquement en eau, produits oxygénés et en hydrocarbures sous forme gaz, liquide ou solide dans les conditions standard. Après séparation de l'eau, les hydrocarbures de synthèse obtenus sont majoritairement composés de paraffines mais 25 contiennent également des oléfines et des produits oxygénés. De préférence, l'effluent issu du procédé Fischer-Tropsch comprend une teneur en n-paraffines supérieure à 70% poids et de manière encore plus préférée supérieure à 80% poids par rapport à la masse totale de ladite charge. De préférence, l'effluent paraffinique issu du procédé Fischer-Tropsch est exempt 30 d'impuretés hétéroatomiques telles que, par exemple, le soufre, l'azote ou des métaux. Conformément à l'invention, l'effluent paraffinique issu du procédé Fischer-Tropsch, en sortie de l'unité de synthèse Fischer-Tropsch (A) comprend au moins, et de préférence est 6 constitué de deux fractions, une fraction légère, appelée condensat, et une fraction lourde, appelée cires. La fraction légère appelée condensat correspond aux hydrocarbures à l'état gazeux dans les conditions de la réaction Fischer-Tropsch et la fraction lourde appelée cires correspond aux 5 hydrocarbures à l'état liquide dans les conditions de la réaction Fischer-Tropsch. La fraction légère condensat présente avantageusement un point d'ébullition initial T1 compris entre 15 et 50°C et de préférence entre 25 et 40°C et un point d'ébullition final T2 compris entre 350°C et 400°C et de préférence entre 360°C et 380°C et de préférence 10 inférieur à 370°C. La fraction lourde cires bout présente avantageusement un point d'ébullition initial T2 compris entre 100 et 300°C et de préférence entre 125 et 200°C. De préférence, ladite fraction lourde correspondant à une fraction paraffinique ayant un nombre d'atomes de 15 carbone supérieur à 8. Cette fraction lourde a la particularité de par sa composition, formé de n-paraffines ayant un nombre d'atomes de carbone élevés pouvant aller jusqu'à plus de 150, d'être solide à température ambiante. Dans la fraction légère, la teneur en paraffines est supérieure à 70 % en poids par rapport au 20 poids total de ladite fraction légère, la teneur en oléfines inférieure à 20 % en poids et la teneur composés oxygénés inférieure à 10 % en poids, les teneurs étant exprimées en pourcentage poids par rapport à la masse totale de ladite fraction légère. Dans la fraction lourde, la teneur en paraffines est supérieure à 80 % en poids, la teneur en 25 oléfines inférieure à 15 % en poids et la teneur composés oxygénés inférieure à 5 % en poids, les teneurs étant exprimées en pourcentage poids par rapport à la masse totale de ladite fraction lourde. Le procédé selon l'invention peut comprendre une étape dans laquelle la fraction légère 30 issue de l'étape a) est envoyée dans une unité d'hydrotraitement (B) en présence d'un catalyseur d'hydrotraitement et opérant à une température comprise entre 250 et 450°C, à une pression comprise entre 0,5 et 15 MPa, un débit d'hydrogène ajusté pour obtenir un rapport compris entre 100 et 3000 normaux litres par litre, et à une vitesse volumique horaire comprise entre 0,1 et 40 h-1. 7 De préférence, l'étape d'hydrotraitement est réalisée à une température comprise 300 et 400°C, et de manière préférée entre 330 et 360°C, à une pression comprise entre 0,5 et 0,7 MPa, un débit d'hydrogène ajusté pour obtenir un rapport compris entre 250 et 2000 normaux litres par litre et de manière préférée entre 500 et 1500 normaux litres par litre, et à 5 une vitesse volumique horaire comprise entre 0,25 et 20 h-1 et de manière préférée entre 0,5 et 10 h-1. L'effluent issu de l'unité d'hydrotraitement (B) peut avantageusement être envoyé dans une étape d'élimination d'au moins une partie de l'eau formée durant l'étape d'hydrotraitement, et de préférence de la totalité de l'eau formée avant d'être envoyé dans l'étape b) de craquage catalytique selon l'invention. 10 Ladite étape d'élimination d'au moins une partie de l'eau peut avantageusement être réalisée par toutes les méthodes et techniques connues de l'homme du métier, par exemple par séchage, passage sur un dessicant, flash ou décantation. Le procédé selon l'invention peut également comprendre une étape dans laquelle la fraction 15 lourde issue de l'étape a) est envoyée dans une unité d'hydrotraitement (E), dans les mêmes conditions opératoires que décrites ci-avant. Ladite étape d'hydrotraitement permet de réduire la teneur en composés oléfiniques et insaturés ainsi que d'éventuellement décomposer les composés oxygénés présents dans la fraction légère et/ou lourde issue de l'étape a). 20 Le catalyseur d'hydrotraitement mis en oeuvre dans les étapes d'hydrotraitement est un catalyseur classique d'hydrotraitement. Ledit catalyseur comprend au moins un métal du groupe VIII et/ou du groupe VI de la classification périodique des éléments. De préférence le catalyseur comprend au moins un métal du groupe de métaux formé par le nickel, le molybdène, le tungstène, le cobalt, le ruthénium, l'indium, le palladium et le platine seul ou 25 en mélange, et comprend au moins un support choisi parmi les alumines, les oxydes de bore, la magnésie, la zircone, les oxydes de titane et les argiles ou une combinaison de ces oxydes, de préférence ledit support est une alumine. Lesdits catalyseurs peuvent avantageusement être préparés par toutes les méthodes connues de l'homme de l'art ou bien peuvent être acquis auprès de sociétés spécialisées dans la fabrication et la vente de 30 catalyseurs. Dans le cas de l'emploi de métaux non nobles du groupe VIII, une combinaison d'au moins un métal du groupe VI, de préférence le molybdène ou le tungstène et d'au moins un métal du groupe VIII, de préférence le cobalt et le nickel de la classification périodique des éléments est avantageusement utilisée. La concentration en métal du groupe VIII non noble, 8 lorsque celui-ci est utilisé, est avantageusement de 0,01 à 15% en poids d'équivalent par rapport au catalyseur fini et celle du métal du groupe VI est avantageusement de 5% à 40% en poids d'équivalent oxyde par rapport au catalyseur fini. Lorsqu'une combinaison de métaux du groupe VI et du groupe VIII est utilisée, le catalyseur est alors préférentiellement 5 utilisé sous une forme réduite. Dans ces conditions, la teneur en molécules insaturées et oxygénées dans l'effluent issu de l'étape d'hydrotraitement est réduite à moins de 0,5% en poids, et à environ moins de 0,1% en poids en général par rapport au poids total de l'effluent. 10 Lorsque la fraction lourde issue de l'étape a) est envoyée dans une unité d'hydrotraitement (E), l'effluent issu de l'unité d'hydrotraitement (E) peut avantageusement être envoyé dans une étape d'élimination d'au moins une partie de l'eau formée durant l'étape d'hydrotraitement, et de préférence de la totalité de l'eau formée avant d'être envoyé dans l'étape d) d'hydrocraquage/hydroisomérisation selon l'invention. 15 Ladite étape d'élimination d'au moins une partie de l'eau peut avantageusement être réalisée par toutes les méthodes et techniques connues de l'homme du métier, par exemple par séchage, passage sur un dessicant, flash ou décantation. Etape a' (optionnelle) 20 Dans un mode de réalisation selon l'invention, on réalise une étape a') supplémentaire dans laquelle on fractionne ladite fraction légère obtenue à l'issue de l'étape a) dans une unité de fractionnement (H) pour obtenir une coupe légère de ladite fraction légère dont le point final d'ébullition est inférieur à 180°C et une coupe lourde de ladite fraction légère dont le point initial d'ébullition est supérieur à 120°C. Dans ce mode de réalisation, ladite coupe légère de 25 ladite fraction légère peut être envoyée dans l'unité de craquage catalytique (C) [étape b) du procédé selon l'invention], dans les mêmes conditions opératoires présentées ci-après. Avant d'être envoyée dans l'unité de craquage catalytique (C), la coupe légère de la fraction légère peut être envoyée dans une unité d'hydrotraitement (B), dans les mêmes conditions opératoires que décrites au paragraphe de l'étape a) du procédé selon l'invention ci-avant. 30 Dans un mode de réalisation selon l'invention, la coupe lourde de ladite fraction légère peut être envoyée à l'étape d) d'hydrocraquage/ hydroisomérisation, en mélange avec la fraction lourde issue de l'étape a) du procédé selon l'invention, telle que décrite en détail ci-après. Ladite coupe lourde de ladite fraction légère peut être envoyée dans une unité 9 d'hydrotraitement (E), en mélange avec la fraction lourde issue de l'étape a) du procédé selon l'invention, avant d'être envoyée à l'étape d) d'hydrocraquage/hydroisomérisation. Dans un mode de réalisation selon l'invention, la coupe lourde de ladite fraction légère peut être envoyée à l'étape g) d'hydrotraitement de ladite coupe, puis l'effluent issu de cette étape 5 d'hydrotraitement peut être envoyé à l'étape h) d'isomérisation, telle que décrite en détail ci- après. Etape b) Dans un mode de réalisation selon l'invention, le procédé comprend une étape b) dans 10 laquelle on envoie au moins une partie et de préférence la totalité de ladite fraction légère dans une unité de craquage catalytique (C), et plus particulièrement une unité de craquage catalytique du naphta (appelé aussi NCC pour « naphtha catalytic cracking » selon la terminologie anglo-saxonne). Le NCC est une unité de craquage catalytique particulière qu'on peut considérer comme une 15 déclinaison d'une unité de craquage catalytique FCC dont la particularité est de craquer des charges paraffiniques très légères (essence) afin de produire des oléfines légères. L'unité NCC possède au moins un réacteur principal fonctionnant soit en flux ascendant (« riser » selon la terminologie anglo-saxonne), soit en flux descendant ( REVENDICATIONS1. Procédé de production d'oléfines et de distillats moyens à partir d'une charge paraffinique produite par synthèse de Fischer-Tropsch comprenant au moins les étapes suivantes : a) on récupère ladite charge paraffiniques issue d'une unité de Fischer-Tropsch (A), ladite charge paraffiniques comprenant au moins une fraction légère, appelée condensat, et une fraction lourde, appelée cires ; b) on envoie au moins une partie de ladite fraction légère dans une unité de craquage catalytique (C) ; 10 c) on sépare l'effluent issu de l'unité de craquage catalytique dans une unité de fractionnement (D) pour obtenir au moins une fraction comprenant des hydrocarbures légers, au moins une fraction oléfinique, et au moins une fraction liquide résiduelle ; d) on envoie au moins une partie ladite fraction lourde dans une unité 15 d'hydrocraquage/hydroisomérisation (F) en présence d'hydrogène et d'un catalyseur d'hydrocraquage/hydroisomérisation ; e) on sépare l'effluent issu de l'unité d'hydrocraquage/hydroisomérisation dans une unité de fractionnement (G) pour obtenir une fraction de distillats moyens, une coupe naphta ayant une température maximale d'ébullition inférieure à 180°C, et 20 une fraction lourde non convertie ; f) on envoie au moins une partie de ladite coupe naphta issue de l'unité de fractionnement dans l'unité de craquage catalytique. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on réalise : 25 - une étape a') supplémentaire dans laquelle on fractionne ladite fraction légère obtenue à l'étape a) dans une unité de fractionnement (H) pour obtenir une coupe légère de ladite fraction légère dont le point final d'ébullition est inférieur à 180°C et une coupe lourde de ladite fraction légère dont le point initial d'ébullition est supérieur à 120°C ; 30 - une étape b) dans laquelle on envoie ladite coupe légère de ladite fraction légère issue de l'étape a') dans ladite unité de craquage catalytique (C). 333. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Procédé selon la revendication 2, dans lequel on réalise une étape supplémentaire a") dans laquelle on envoie ladite coupe lourde de ladite fraction légère obtenue à l'issue de l'étape a') dans ladite unité d'hydrocraquage/hydroisomérisation (F), en mélange avec ladite fraction lourde issue de l'étape a). Procédé selon la revendication 2, dans lequel on réalise une étape g) dans laquelle on envoie ladite coupe lourde de ladite fraction légère obtenue à l'issue de l'étape a') dans une unité d'hydrotraitement (I) pour obtenir une coupe lourde hydrotraité de ladite fraction légère. Procédé selon la revendication 4, dans lequel on réalise une étape h) dans laquelle on envoie ladite coupe lourde hydrotraitée de ladite fraction légère obtenue à l'issue de l'étape g) dans l'unité d'isomérisation (J). Procédé selon la revendication 5, dans lequel on réalise une étape i) dans laquelle on envoie l'effluent issu de l'unité d'isomérisation (J) de l'étape h) est envoyé dans l'unité de fractionnement (G), en mélange avec l'effluent issu de l'unité d'hydrocraquage/hydroisomérisation (F). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel avant l'étape b) on envoie ladite fraction légère et/ou ladite fraction lourde obtenue(s) à l'issue de l'étape a) est dans une unité d'hydrotraitement. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel on recycle au moins en partie ladite fraction liquide résiduelle obtenue à l'issue de l'étape c) à l'étape b). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel on recycle au moins en partie ladite fraction lourde non convertie obtenue à l'issue de l'étape e) à l'étape d). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel on envoie l'intégralité de ladite coupe naphta issue de l'unité de fractionnement dans l'unité de craquage catalytique. 34 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel l'unité de craquage catalytique comprend un catalyseur comprenant une zéolite ZSM-5. 5 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le catalyseur de l'unité d'hydrocraquage/hydroisomérisation (C) comprend au moins un métal hydro-déshydrogénant choisi dans le groupe formé par les métaux du groupe VIB et du groupe VIII et au moins un solide acide de Bronsted. 10 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, dans lequel le catalyseur de l'unité d'isomérisation (J) comprend au moins un métal noble du groupe VIII et un support comprenant au moins une zéolithe IZM-2 et au moins un liant.