Brevet FR3130834A1 — publié le 20230623

Procédé de traitement d'une essence contenant des composés soufrés, des oléfines et des dioléfines, le procédé comprenant au moins les étapes suivantes : a) on met en contact dans au moins un réacteur, l'essence, de l'hydrogène et un catalyseur d'hydrodésulfuration comprenant un support d’oxyde et une phase active comprenant un métal du groupe VIB et un métal du groupe VIII ; b) on met en contact dans au moins un réacteur, l’effluent issu de l‘étape a), de l'hydrogène et un catalyseur d'hydrodésulfuration comprenant un support d’oxyde et une phase active constituée d’au moins un métal du groupe VIII ; c) on envoie l’effluent issu de l’étape b) dans un ballon de séparation fonctionnant à une pression comprise entre 1,0 et 2,0 MPa pour obtenir une fraction gazeuse contenant de l’H 2 S et de l’hydrogène et une fraction liquide contenant l’essence désulfurée et une fraction d’H 2 S dissous ; d) on envoie ladite fraction liquide obtenue à l’étape c) dans une colonne de stabilisation pour obtenir en tête un flux comprenant l’H 2 S résiduel et des composés hydrocarbonés en C4- et en fond une essence stabilisée ; e) on recycle au moins en partie la fraction gazeuse obtenue à l’issue de l’étape c) vers au moins l’une des étapes a) et/ou b). Procédé de traitement d'une essence contenant des composés soufrés Domaine de l’invention La présente invention concerne un procédé de production d'essence à basse teneur en soufre et en mercaptans. Etat de la technique La production d'essences répondant aux nouvelles normes environnementales nécessite que l'on diminue de façon importante leur teneur en soufre. Il est par ailleurs connu que les essences de conversion, et plus particulièrement celles provenant du craquage catalytique, qui peuvent représenter 30 à 50 % du pool essence, ont des teneurs élevées en mono-oléfines et en soufre. Le soufre présent dans les essences est pour cette raison imputable, à près de 90%, aux essences issues des procédés de craquage catalytique, que l'on appellera dans la suite essences de FCC (Fluid Catalytic Cracking selon la terminologie anglo-saxonne, que l'on peut traduire par craquage catalytique en lit fluidisé). Les essences de FCC constituent donc la charge préférée du procédé de la présente invention. Parmi les voies possibles pour produire des carburants à faible teneur en soufre, celle qui a été très largement retenue consiste à traiter spécifiquement les bases essences riches en soufre par des procédés d’hydrodésulfuration catalytique en présence d’hydrogène. Les procédés traditionnels désulfurent les essences de manière non sélective en hydrogénant une grande partie des mono-oléfines, ce qui engendre une forte perte en indice d'octane et une forte consommation d’hydrogène. Les procédés les plus récents, tels que le procédé Prime G+ (marque commerciale), permettent de désulfurer les essences de craquage riches en oléfines, tout en limitant l’hydrogénation des mono-oléfines et par conséquent la perte d’octane et la forte consommation d’hydrogène qui en résulte. De tels procédés sont par exemple décrits dans les demandes de brevet EP1077247 et EP1174485. Les composés soufrés résiduels généralement présents dans l’essence désulfurée peuvent être séparés en deux familles distinctes : les composés soufrés réfractaires non convertis présents dans la charge d’une part, et les composés soufrés formés dans le réacteur par des réactions secondaires dites de recombinaison. Parmi cette dernière famille de composés soufrés, les composés majoritaires sont les mercaptans issus de l’addition de l’H2S formé dans le réacteur sur les mono-oléfines présentes dans la charge. Les mercaptans, de formule chimique R-SH, où R est un groupement alkyle, sont également appelés mercaptans de recombinaison. Leur formation ou leur décomposition obéit à l’équilibre thermodynamique de la réaction entre les mono-oléfines et l’hydrogène sulfuré pour former des mercaptans de recombinaison. Un exemple est illustré selon la réaction suivante : Le soufre contenu dans les mercaptans de recombinaison représente généralement entre 20% et 80% poids du soufre résiduel dans les essences désulfurées. La formation des mercaptans de recombinaison est en particulier décrite dans le brevet US6231754 et la demande de brevet WO01/40409 qui enseignent diverses combinaisons de conditions opératoires et de catalyseurs permettant de limiter la formation de mercaptans de recombinaison. D'autres solutions au problème de la formation des mercaptans de recombinaison sont basées sur un traitement des essences partiellement désulfurées pour en extraire lesdits mercaptans de recombinaison. Certaines de ces solutions sont décrites dans les demandes de brevets WO02/28988 ou WO01/79391. Encore d’autres solutions sont décrites dans la littérature pour désulfurer les essences de craquage à l’aide de combinaison d’étapes d’hydrodésulfuration et d'élimination des mercaptans de recombinaison par réaction en thioéthers ou disulfures (aussi appelé adoucissement ou « sweetening » selon la terminologie anglo-saxonne) (voir par exemple US7799210, US6960291, US2007/114156, EP2861094). Enfin, la demande de brevet US2006/278567 divulgue un procédé d’hydrodésulfuration d’une essence de craquage en deux étapes comprenant des étapes de séparation intermédiaires permettant notamment de limiter la formation de mercaptans. Objets de l’invention La présente invention a pour objet un procédé de traitement d'une essence contenant des composés soufrés, des oléfines et des dioléfines, le procédé comprenant au moins les étapes suivantes : a) on met en contact dans au moins un réacteur, l'essence, de l'hydrogène et un catalyseur d'hydrodésulfuration comprenant un support d’oxyde et une phase active comprenant un métal du groupe VIB et un métal du groupe VIII, à une température comprise entre 210 et 320°C, à une pression comprise entre 1,5 et 3 MPa, avec une vitesse spatiale comprise entre 1 et 10 h -1 et un rapport entre le débit d’hydrogène exprimé en normaux m 3 par heure et le débit de charge à traiter exprimé en m 3 par heure aux conditions standards compris entre 100 et 600 Nm 3 /m 3 , de manière à convertir au moins une partie des composés soufrés en H 2 S ; b) on met en contact dans au moins un réacteur, l’effluent issu de l‘étape a) sans élimination de l’H 2 S formé, de l'hydrogène et un catalyseur d'hydrodésulfuration comprenant un support d’oxyde et une phase active constituée d’au moins un métal du groupe VIII, à une température comprise entre 280 et 400°C, à une pression comprise entre 1,0 et 3 MPa, avec une vitesse spatiale comprise entre 1 et 10 h -1 et un rapport entre le débit d’hydrogène exprimé en normaux m 3 par heure et le débit de charge à traiter exprimé en m 3 par heure aux conditions standards compris entre 100 et 600 Nm 3 /m 3 ; c) on envoie l’effluent issu de l’étape b) dans au moins un ballon de séparation fonctionnant à une pression comprise entre 1,0 et 2,0 MPa pour obtenir une fraction gazeuse contenant de l’H 2 S et de l’hydrogène et une fraction liquide contenant l’essence désulfurée et une fraction d’H 2 S dissous ; d) on envoie ladite fraction liquide obtenue à l’étape c) dans une colonne de stabilisation pour obtenir en tête un flux comprenant l’H 2 S résiduel et des composés hydrocarbonés en C4- et en fond une essence stabilisée ; e) on recycle au moins en partie la fraction gazeuse obtenue à l’issue de l’étape c) vers au moins l’une des étapes a) et/ou b). La Demanderesse a identifié de manière surprenante que pour maintenir une teneur en mercaptans et en soufre dans l’essence hydrodésulfurée inférieure à 10 ppm poids tout en limitant la perte d’octane, la pression dans la section d’hydrodésulfuration (étape a) du procédé) doit être comprise entre 1,5 et 3 MPa et la pression du ballon de séparation doit être comprise dans une plage spécifique comprise entre 1,0 et 2,0 MPa. En effet, si la pression du ballon de séparation est inférieure à 1,0 MPa, la pureté de l’hydrogène contenu dans la fraction gazeuse de recycle va diminuer, entraînant donc une diminution du rapport entre le débit d’hydrogène et le débit de charge à traiter. Ainsi, pour maintenir une teneur en mercaptans et en soufre de 10 ppm poids, il est nécessaire d’augmenter la température des étapes d’hydrodésulfuration ce qui a pour effet d’augmenter l’hydrogénation des oléfines de la coupe essence, ce qui aura pour effet d’augmenter la perte d’octane. Par ailleurs, si la pression du ballon de séparation est supérieure à 2,0 MPa, la pureté de l’hydrogène contenu dans la fraction gazeuse de recycle va certes augmenter, mais cela conduit à une augmentation de la pression en entrée des réacteurs d’hydrodésulfuration, et donc, outre une surconsommation en hydrogène, va entraîner une augmentation de la teneur en mercaptans dans l’essence hydrodésulfurée et une augmentation de la perte d’octane. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la pression du ballon de séparation de l’étape c) est comprise entre 1,2 et 1,8 MPa. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur de l'étape a) comprend une teneur en métal du groupe VIII comprise entre 0,1 et 10% poids d'oxyde du métal du groupe VIII par rapport au poids total du catalyseur, et une teneur en métal du groupe VIB comprise entre 1 et 20 % poids d'oxyde du métal du groupe VIB par rapport au poids total du catalyseur. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur de l'étape a) comprend un rapport molaire métal du groupe VIII sur métal du groupe VIB du catalyseur compris entre 0,1 et 0,8. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur de l’étape a) comprend une surface spécifique comprise entre 5 et 400 m²/g. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur de l'étape a) comprend de l’alumine et une phase active comprenant du cobalt, du molybdène et éventuellement du phosphore, ledit catalyseur contenant une teneur en poids par rapport au poids total de catalyseur d'oxyde de cobalt, sous forme CoO, comprise entre 0,1 et 10%, une teneur en poids par rapport au poids total de catalyseur d'oxyde de molybdène, sous forme MoO 3 , comprise entre 1 et 20%, un rapport molaire cobalt/molybdène compris entre 0,1 et 0,8, une teneur en poids par rapport au poids total de catalyseur d'oxyde de phosphore sous forme P 2 O 5 comprise entre 0,3 et 10% lorsque le phosphore est présent, ledit catalyseur ayant une surface spécifique entre 50 et 250 m²/g. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur de l'étape b) comprend une teneur en métal du groupe VIII comprise entre 1 et 60% poids d'oxyde du métal du groupe VIII par rapport au poids total du catalyseur. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur de l’étape b) comprend une surface spécifique comprise entre 5 et 400 m²/g. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur de l'étape b) est constitué d’alumine et de nickel, ledit catalyseur contenant une teneur en poids par rapport au poids total de catalyseur d'oxyde de nickel, sous forme NiO, comprise entre 5 et 20%, ledit catalyseur ayant une surface spécifique entre 30 et 180 m²/g. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la température de l’étape b) est plus élevée que la température de l’étape a). Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la température de l’étape b) est supérieure d’au moins 5°C à la température de l’étape a). Selon un ou plusieurs modes de réalisation, avant l'étape a) on effectue une étape de distillation de l'essence de manière à fractionner ladite essence en au moins deux coupes essence légère et lourde et on traite la coupe essence lourde dans les étapes a), b), c), d) et e). Selon un ou plusieurs modes de réalisation, avant l'étape a) et avant toute éventuelle étape de distillation, on met en contact l'essence avec de l'hydrogène et un catalyseur d'hydrogénation sélective pour hydrogéner sélectivement les dioléfines contenues dans ladite l'essence en oléfines. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’essence est une essence de craquage catalytique. Liste des figures La est une représentation schématique d’une mode de réalisation selon l’invention. La est une représentation schématique d’un procédé non conforme à l’invention. Procédé de traitement d'une essence contenant des composés soufrés, des oléfines et des dioléfines, le procédé comprenant au moins les étapes suivantes : a) on met en contact dans au moins un réacteur, l'essence, de l'hydrogène et un catalyseur d'hydrodésulfuration comprenant un support d’oxyde et une phase active comprenant un métal du groupe VIB et un métal du groupe VIII, à une température comprise entre 210 et 320°C, à une pression comprise entre 1,5 et 3 MPa, avec une vitesse spatiale comprise entre 1 et 10 h -1 et un rapport entre le débit d’hydrogène exprimé en normaux m 3 par heure et le débit de charge à traiter exprimé en m 3 par heure aux conditions standards compris entre 100 et 600 Nm 3 /m 3 , de manière à convertir au moins une partie des composés soufrés en H 2 S ; b) on met en contact dans au moins un réacteur, l’effluent issu de l‘étape a) sans élimination de l’H 2 S formé, de l'hydrogène, et un catalyseur d'hydrodésulfuration comprenant un support d’oxyde et une phase active constituée d’au moins un métal du groupe VIII, à une température comprise entre 280 et 400°C, à une pression comprise entre 1,0 et 3 MPa, avec une vitesse spatiale comprise entre 1 et 10 h -1 et un rapport entre le débit d’hydrogène exprimé en normaux m 3 par heure et le débit de charge à traiter exprimé en m 3 par heure aux conditions standards compris entre 100 et 600 Nm 3 /m 3 ; c) on envoie l’effluent issu de l’étape b) dans au moins un ballon de séparation fonctionnant à une pression comprise entre 1,0 et 2,0 MPa pour obtenir une fraction gazeuse contenant de l’H 2 S et de l’hydrogène et une fraction liquide contenant l’essence désulfurée et une fraction d’H 2 S résiduel ; d) on envoie ladite fraction liquide obtenue à l’étape c) dans une colonne de stabilisation pour obtenir en tête un flux comprenant l’H 2 S résiduel et des composés hydrocarbonés en C4- et en fond une essence stabilisée ; e) on recycle au moins en partie la fraction gazeuse obtenue à l’issue de l’étape c) vers au moins l’une des étapes a) et/ou b). Procédé selon la revendication 1, dans lequel la pression du ballon de séparation de l’étape c) est comprise entre 1,2 et 1,8 MPa. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel le catalyseur de l'étape a) comprend une teneur en métal du groupe VIII comprise entre 0,1 et 10% poids d'oxyde du métal du groupe VIII par rapport au poids total du catalyseur, et une teneur en métal du groupe VIB comprise entre 1 et 20 % poids d'oxyde du métal du groupe VIB par rapport au poids total du catalyseur. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le catalyseur de l'étape a) comprend un rapport molaire métal du groupe VIII sur métal du groupe VIB du catalyseur compris entre 0,1 et 0,8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le catalyseur de l’étape a) comprend une surface spécifique comprise entre 5 et 400 m²/g. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le catalyseur de l'étape a) comprend de l’alumine et une phase active comprenant du cobalt, du molybdène et éventuellement du phosphore, ledit catalyseur contenant une teneur en poids par rapport au poids total de catalyseur d'oxyde de cobalt, sous forme CoO, comprise entre 0,1 et 10%, une teneur en poids par rapport au poids total de catalyseur d'oxyde de molybdène, sous forme MoO 3 , comprise entre 1 et 20%, un rapport molaire cobalt/molybdène compris entre 0,1 et 0,8, une teneur en poids par rapport au poids total de catalyseur d'oxyde de phosphore sous forme P 2 O 5 comprise entre 0,3 et 10% lorsque le phosphore est présent, ledit catalyseur ayant une surface spécifique entre 50 et 250 m²/g. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le catalyseur de l'étape b) comprend une teneur en métal du groupe VIII comprise entre 1 et 60% poids d'oxyde du métal du groupe VIII par rapport au poids total du catalyseur. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le catalyseur de l’étape b) comprend une surface spécifique comprise entre 5 et 400 m²/g. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le catalyseur de l'étape b) est constitué d’alumine et de nickel, ledit catalyseur contenant une teneur en poids par rapport au poids total de catalyseur d'oxyde de nickel, sous forme NiO, comprise entre 5 et 20%, ledit catalyseur ayant une surface spécifique entre 30 et 180 m²/g. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la température de l’étape b) est plus élevée que la température de l’étape a). Procédé selon la revendication 10, dans lequel la température de l’étape b) est supérieure d’au moins 5°C à la température de l’étape a). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel avant l'étape a) on effectue une étape de distillation de l'essence de manière à fractionner ladite essence en au moins deux coupes essence légère et lourde et on traite la coupe essence lourde dans les étapes a), b), c), d) et e). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel avant l'étape a) et avant toute éventuelle étape de distillation, on met en contact l'essence avec de l'hydrogène et un catalyseur d'hydrogénation sélective pour hydrogéner sélectivement les dioléfines contenues dans ladite l'essence en oléfines. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel l’essence est une essence de craquage catalytique.