Brevet FR3134110A1 — publié le 20231006

La présente invention concerne un procédé de préparation de distillats moyens à partir d’une charge oléfinique, comprenant : a) une étape d’oligomérisation alimentée en la charge oléfinique, un premier recycle et un second recycle, et opérée en présence d’au moins un catalyseur d’oligomérisation, pour produire un effluent réactionnel comprenant des dimères, trimères et des oligomères ; b) une étape de fractionnement de l’effluent réactionnel en : - une fraction légère comprenant au moins une partie de la charge oléfinique non convertie ; - une fraction intermédiaire comprenant au moins une partie des dimères et trimères ; et - une fraction lourde comprenant les oligomères ; c) une étape de recycle, comprenant la préparation d’un premier recycle comprenant au moins une partie de la fraction légère, et d’un second recycle comprenant au moins une partie de la fraction intermédiaire ; et le transfert du premier recycle et du second recycle vers l’étape a) ; d) une étape d’hydrogénation d’au moins une partie de la fraction lourde. Figure 1 à publier Procédé amélioré de production de distillats moyens par oligomérisation d’une charge oléfinique La présente invention concerne un procédé de production de distillats moyens, en particulier kérosène et/ou gazole, répondant aux spécifications en vigueur, en particulier à celles définies dans la norme ASTM D1655 ou ASTM D7566 pour le kérosène et à celles définies dans la norme ASTM D975 ou la norme européenne 15940 pour le gazole, par oligomérisation hétérogène d’une charge oléfinique, en particulier une charge oléfinique biosourcée. Les compagnies aériennes se sont engagées à une croissance neutre en carbone en particulier dans l’aviation commerciale à partir de 2021 et les compagnies aériennes américaines se sont fixé un objectif de réduction des émissions de CO2 de 50% en 2050 par rapport aux niveaux de 2005. Cependant, les améliorations de l’efficacité des avions et des moteurs ne s’avèrent pas suffisantes pour atteindre la neutralité carbone. Les carburants d’aviation durables (ou selon la nomenclature anglosaxonne : Sustainable Aviation Fuel ou SAF), en apparaissent donc critiques pour atteindre cet objectif. Il semble alors nécessaire de développer des méthodes de fabrication de kérosène synthétique, à partir de charges préférentiellement bio sourcées. Le brevet FR 2926812 divulgue ainsi un procédé d’oligomérisation d’oléfines, permettant la production de carburant, par exemple la production d’essence et/ou de kérosène à partir de charges oléfiniques légères contenant entre 2 et 8 atomes de carbone (C2-C8), et en particulier à partir de charges oléfiniques légères contenant de fortes proportions de propylène et/ou de butènes et/ou de pentènes et utilisant un catalyseur d'oligomérisation à base, de préférence constitué uniquement, de silice-alumine à teneur réduite en macropores. Le brevet EP 1 396 532 décrit quant à lui un procédé de valorisation d’une charge liquide d’hydrocarbures, comprenant : a) la séparation à partir de ladite charge d’hydrocarbures d’une fraction (O1) comprenant essentiellement des composés contenant 5 atomes de carbone C5) dont au moins 2% poids de pentènes ; b) une mise en contact de ladite fraction (O1) avec une coupe d’hydrocarbures (O2) comprenant des hydrocarbures présentant un nombre d’atomes de carbone compris entre 6 et 10 (C6-C10), dont au moins 2 % poids d’oléfines, en présence d’un catalyseur acide favorisant les réactions de dimérisation et d’alkylation des espèces ; c) une séparation de l’effluent obtenu en au moins deux coupes dont une coupe essence (α) dont le point supérieur de distillation est inférieur à 100°C et comprenant la majorité des réactifs n’ayant pas réagi, et une coupe kérosène (β) d’intervalle de distillation compris entre 100°C et 300°C. Le brevet EP 1 602 637 décrit un procédé permettant de façon simple et économique de moduler les productions respectives d'essence et de gazole, en transformant la charge initiale d'hydrocarbures comprenant de 4 à 15 atomes de carbone (C4-C15) en une fraction essence d’indice d’octane amélioré par rapport à celui de la charge et une fraction gazole à fort indice de cétane. Le brevet EP 1 739 069 décrit un procédé de préparation d’une coupe gazole à partir d’une charge oléfinique à 2-12 atomes de carbone (C2-C12), comprenant deux étapes d’oligomérisation entre lesquelles est intercalée une étape de séparation. L’étape intermédiaire de séparation permet d’obtenir une coupe légère d’hydrocarbures oléfiniques en C4-C5, une coupe intermédiaire présentant une T95 comprise entre 180°C et 240°C et une coupe lourde de T95 supérieure à 240°C. La coupe intermédiaire est alors mélangée avec au moins une fraction de la coupe légère dans un rapport massique (coupe intermédiaire / coupe légère) compris entre 60/40 et 80/20 et subit alors une deuxième oligomérisation Le brevet EP 2 385 092 décrit un procédé de production de bases hydrocarbonées distillats moyens à partir d’éthanol plus particulièrement de bioéthanol. Le brevet EP 2 707 462 divulgue un procédé d’oligomérisation d’oléfines comprenant de 4 à 6 atomes de carbone (C4-C6) en une coupe distillats moyens ayant majoritairement de 10 à 20 atomes de carbone (C10-C20). Dans le procédé du brevet EP 2 707 462, la charge oléfinique de départ doit comporter un minimum d’oléfines ramifiées (ou iso-oléfines), de préférence au moins 10% poids et préférentiellement à 20% poids d’iso-oléfines par rapport à l’ensemble des oléfines de la charge. Le brevet FR 2 959 750 décrit un procédé de production de bases hydrocarbonées distillats moyens, de préférence de base hydrocarbonée kérosène, à partir d’une charge éthanol issue de la biomasse, ledit procédé comprenant la déshydratation de l’éthanol en un effluent majoritairement éthylénique, deux étapes successives d’oligomérisation pour obtenir un effluent distillats moyens. Le brevet FR 3 053 355 décrit un procédé d'oligomérisation de charges oléfiniques légères contenant entre 2 et 10 atomes de carbone (C2-C10) par molécule, utilisant un système catalytique comprenant un catalyseur à base de silice alumine et un catalyseur à base de zéolithe ayant des ouvertures de pores de 10 ou 12 atomes d'oxygènes, et mis en œuvre à une température entre 130 et 350°C, à une pression comprise entre 0,1 et 10 MPa et à une VVH (vitesse volumique horaire) comprise entre 0,1 et 5 h -1 . Le procédé de EP 3 053 355 permet d’améliorer le rendement en distillats moyens et en particulier le rendement en gazole, par rapport à un procédé d’oligomérisation utilisant un seul des catalyseurs du système catalytique utilisé, à iso-volume de catalyseur. Le brevet US 6,372,949 décrit la transformation d’oxygénés en essence et distillats (coupe C4-C12) en une seule étape de déshydratation-oligomérisation utilisant un catalyseur composite comprenant une zéolithe monodimensionnelle 10 MR choisie dans le groupe formé par la ZSM 22, ZSM 23, ZSM 35, ZSM 48, ZSM 57 et ferrierite et leurs mélanges, avec une zéolithe multidimensionnelle ayant une taille de pores moyenne, comme la zéolithe ZSM-5. Cependant, aucun des procédés de l’état de la technique ne divulgue de moyen permettant de produire à partir d’oléfines légères C3 à C6, de préférence C3 à C4, notamment issues de charges biosourcées, des distillats moyens, en particulier du kérosène et/ou du gazole, de manière très spécifique et avec des rendements améliorés en distillats moyens, notamment en kérosène et/ou gazole, répondant aux spécifications en vigueur, en particulier aux spécifications de la norme ASTM D7566 et/ou de la norme européenne 15940, tout en maintenant une conversion de la charge oléfinique très satisfaisant, voire élevée. Ainsi, la présente invention concerne un procédé de préparation de distillats moyens à partir d’une charge oléfinique, comprenant : a) une étape d’oligomérisation alimentée en au moins la charge oléfinique, un premier recycle et un second recycle, et opérée en présence d’au moins un catalyseur d’oligomérisation, à une température entre 20 et 500°C, une pression comprise entre 1,0 et 10 MPa et une VVH entre 0,1 et 0,5 h -1 , pour produire un effluent réactionnel comprenant des dimères, trimères et des oligomères ; b) une étape de fractionnement de l’effluent réactionnel obtenu à l’issue de l’étape a), en au moins : - une fraction légère comprenant au moins une partie de la charge oléfinique non convertie à l’étape a) ; - une fraction intermédiaire comprenant au moins une partie des dimères et trimères produits à l’étape a) ; et - une fraction lourde comprenant les oligomères ; c) une étape de recycle, comprenant la préparation d’un premier recycle comprenant au moins une partie de la fraction légère ; la préparation d’un second recycle comprenant au moins une partie de la fraction intermédiaire ; et le transfert du premier recycle et du second recycle vers l’étape a) d’oligomérisation ; d) une étape d’hydrogénation d’au moins une partie de la fraction lourde séparée à l’étape b) en présence d’hydrogène, pour obtenir une fraction lourde hydrogénée comprenant des distillats moyens. L’intérêt du procédé selon l’invention est de proposer un procédé de conversion efficace de charges oléfiniques légères, en particulier comprenant des oléfines à entre 3 et 6, de préférence entre 3 et 4, atomes de carbone, et plus particulièrement au moins en partie biosourcées, pour produire sélectivement une coupe distillats moyens, et plus particulièrement une coupe kérosène ou une coupe gazole, répondant aux spécifications en vigueur et notamment aux spécifications de la norme ASTM D7566 ou la norme européenne 15940 respectivement. Le procédé selon l’invention permet aussi d’améliorer fortement la sélectivité en distillats moyens, voire plus particulièrement en kérosène ou gazole, par rapport aux procédés d’oligomérisation de l’état de la technique, et donc de maximiser les rendements en distillats moyens, plus particulièrement en kérosène ou gazole, tout en conservant une conversion globale de la charge oléfinique de départ satisfaisante, voire élevée. Un autre avantage du procédé selon l’invention réside dans le fait que tout type de charge et en particulier des charges oléfiniques biosourcées qui typiquement comprennent une forte proportion d’oléfines et sont donc très réactives, peuvent être converties en produits hydrocarbonés et en particulier avec des rendements élevés en distillats moyens, et plus particulièrement en kérosène ou gazole. Procédé de préparation de distillats moyens à partir d’une charge oléfinique comprenant des mono-oléfines contenant entre 3 et 6 atomes de carbone, comprenant : a) une étape d’oligomérisation alimentée en au moins la charge oléfinique, un premier recycle et un second recycle, et opérée en présence d’au moins un catalyseur d’oligomérisation, à une température entre 20 et 500°C, une pression comprise entre 1,0 et 10 MPa et une VVH entre 0,1 et 0,5 h -1 , pour produire un effluent réactionnel comprenant des dimères, trimères et des oligomères ; b) une étape de fractionnement de l’effluent réactionnel obtenu à l’issue de l’étape a), en au moins : - une fraction légère comprenant au moins une partie de la charge oléfinique non convertie à l’étape a) ; - une fraction intermédiaire comprenant au moins une partie des dimères et trimères produits à l’étape a) ; et - une fraction lourde comprenant les oligomères ; c) une étape de recycle, comprenant la préparation d’un premier recycle comprenant au moins une partie de la fraction légère ; la préparation d’un second recycle comprenant au moins une partie de la fraction intermédiaire ; et le transfert du premier recycle et du second recycle vers l’étape a) d’oligomérisation ; d) une étape d’hydrogénation d’au moins une partie de la fraction lourde séparée à l’étape b) en présence d’hydrogène, pour obtenir une fraction lourde hydrogénée comprenant des distillats moyens. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la charge oléfinique comprend des mono-oléfines contenant 3 et/ou 4 atomes de carbone. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la charge oléfinique est au moins en partie biosourcée. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier recycle alimente l’étape a) dans un ratio pondéral compris entre 0,3 et 1,5, de manière préférée entre 0,5 et 1,2, par rapport à la charge oléfinique. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le second recycle alimente l’étape a) dans un ratio pondéral compris entre 0,5 et 10,0, préférentiellement entre 1,0 et 5,0 et de manière préférée entre 1,0 et 4,0, par rapport à la charge oléfinique. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le catalyseur d’oligomérisation l’étape a) est choisi parmi les catalyseurs à base d’acide phosphorique imprégné sur silice, les résines échangeuses d'ions, les silices alumines et les zéolithes pures ou supportées sur support alumine. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape a) d’oligomérisation est opérée en présence d’un catalyseur à base de silice alumine est opérée à une température comprise entre 20°C et 300°C, préférentiellement entre 25 et 220°C, de manière préférée entre 30°C et 200°C Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape a) d’oligomérisation est opérée à une pression comprise entre 1,5 et 6,5 MPa, préférentiellement entre 2,0 et 4,0 MPa. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape a) d’oligomérisation est opérée à une VVH comprise entre 0,2 et 0,3 h -1 . Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre une étape e) de séparation de la fraction lourde hydrogénée issue de l’étape d), pour séparer au moins une coupe distillats moyens, en particulier une coupe kérosène et/ou une coupe gazole.