Brevet FR3133197A1 — publié le 20230908

La présente invention concerne un procédé d’hydroconversion d’une charge comportant une fraction d’huile végétale et/ou animale (102), notamment usagée, et une fraction lourde d’hydrocarbures (101) contenant une partie d’au moins 50% en poids possédant un point d’ébullition d’au moins 300°C, et contenant du soufre et de l’azote, la somme de la fraction d’huile végétale et/ou animale (102) et de la fraction lourde d’hydrocarbures (101) formant 100% poids de ladite charge. L’hydroconversion met en œuvre un ou plusieurs réacteurs à lit bouillonnant ou à lit hybride bouillonnant-entrainé (20), et de préférence deux étapes d'hydroconversion successives, en vue de produire des matières de plus haute qualité, à point d’ébullition plus bas, par exemple à des fins de production de carburants, ou de produits chimiques, tout en permettant la valorisation de ladite fraction d’huile végétale et/ou animale. Figure 1 à publier HYDROCONVERSION EN LIT BOUILLONNANT OU HYBRIDE BOUILLONNANT-ENTRAÎNÉ D’UNE CHARGE COMPORTANT UNE FRACTION D’HUILE VÉGÉTALE OU ANIMALE La présente invention concerne le domaine de l’hydroconversion de charges comportant une fraction d’huile végétale et/ou animale, notamment usagée comme une huile de cuisson, et une fraction lourde d’hydrocarbures, notamment une fraction lourde d’hydrocarbures contenant une partie d'au moins 50% poids, de préférence d’au moins 80% poids, ayant une température d'ébullition d'au moins 300°C. La fraction lourde d’hydrocarbures peut être un pétrole brut ou être issue de la distillation et/ou du raffinage d'un pétrole brut, typiquement un pétrole brut étêté, un résidu de la distillation atmosphérique et/ou sous vide d'un pétrole brut. De préférence, la fraction lourde d’hydrocarbures est de type résidu sous-vide composée d’au moins 50% poids, de préférence d’au moins 80% poids d’hydrocarbures ayant une température d’ébullition d’au moins 450°C. En particulier, la présente invention concerne un procédé d’hydroconversion d’une telle charge mixte, comportant au moins une étape d’hydroconversion mettant en œuvre un ou plusieurs réacteurs fonctionnant en lit bouillonnant ou en lit hybride bouillonnant entrainé, et de préférence deux étapes d’hydroconversion successives, en vue de produire des matières de plus haute qualité, à point d’ébullition plus bas, par exemple à des fins de production de carburants, ou de produits chimiques, tout en permettant la valorisation de l’huile usagée végétale ou animale. Depuis plusieurs années, on voit apparaitre, au sein des filières carburant et chimie, des procédés incorporant des produits autres que des produits pétroliers traditionnels, par exemple des produits d’origine renouvelable comme des huiles végétale et animale ou des déchets comme des plastiques ou huiles usagés, en complément ou en substitution des produits d’origine fossile. L’hydrotraitement et/ou l’hydroconversion des huiles végétales ou animales conduit à la production de bases carburants d’excellente qualité, notamment en termes de point de fumée des coupes kérosènes et d'indice de cétane des coupes gazoles. Les hydrocarbures produits lors de la conversion sont obtenus principalement par décarboxylation et/ou décarbonylation des monoglycérides, diglycérides et triglycérides contenus dans les huiles végétales et graisses animales usagées qui sont alors convertis en paraffines. On connait par exemple le brevet US20060186020 portant sur un procédé d’hydrotraitement en lit fixe d’une charge mixte composée entre 1 à 75% poids d’huile végétale et le complément d’hydrocarbure d’origine fossile. L’hydrotraitement d’une huile végétale génère une chaleur importante du fait des réactions rapides de désoxygénation. Cet exotherme est particulièrement difficile à maitriser dans un lit fixe et peut être la cause de bouchage en entrée de lit catalytique du fait de la formation de composés non désirés comme des gommes. De plus, les conditions opératoires de température (320°C-400°C) et de vitesse spatiale horaire VVH (0,5-2h -1 ) divulguées dans le brevet US20060186020 ne permettent pas d’envisager le craquage thermique de l’hydrocarbure fossile en parallèle de la conversion de l’huile végétale. On connait également le brevet WO2008151792 dans lequel est décrit un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant comprenant un catalyseur supporté et un catalyseur nano-dispersé pouvant traiter des charges hydrocarbures lourdes et notamment des huiles végétales. Ce brevet ne mentionne pas la possibilité de réaliser de co-traitement d’huile végétale ou de graisse animale avec une charge hydrocarbure de type fossile. Or, l’injection d’une charge huile végétale ou d’une graisse animale pure dans un tel procédé est susceptible d’entrainer une conversion de la charge intégralement, ou en grande partie, en produits qui seront sous forme gaz aux conditions opératoires du procédé. Une faible quantité de liquide, voire une absence de liquide, est opérationnellement impossible pour le fonctionnement d’un réacteur en lit bouillonnant. Une faible quantité de liquide, voire une absence de liquide, est également un problème pour contrôler l’exothermie générée par la conversion de l’huile végétale. Objectifs et Résumé de l’invention La présente invention relève du domaine de la valorisation de charges lourdes difficilement valorisables telles que les résidus pétroliers, qui contiennent généralement de hautes teneurs en impuretés comme des métaux, du soufre, de l’azote, du carbone Conradson et des asphaltènes, pour les convertir en produits plus légers, valorisables comme carburants, par exemple pour produire des essences ou des gazoles, ou des matières premières pour la pétrochimie. Les inventeurs ont mis en évidence que, de manière surprenante, il était possible d’incorporer une fraction d’huile végétale et/ou animale, notamment usagée, à une charge hydrocarbonée lourde, typiquement un résidu sous-vide, traditionnellement traitée dans un procédé d’hydroconversion en lit bouillonnant ou hybride bouillonnant entrainé, et ainsi augmenter la conversion globale de la charge, améliorer les rendements des carburants d’intérêt, tout en maintenant une bonne opération du procédé et une bonne stabilité de la fraction non convertie. La présente invention propose ainsi un procédé d’hydroconversion d’une charge lourde d’hydrocarbures, notamment de type résidu sous-vide, en lit bouillonnant ou hybride bouillonnant entraîné, ladite charge incluant une fraction d’huile végétale et/ou animale, notamment une huile de cuisson usagée, permettant ainsi la production de base carburants et autres hydrocarbures valorisables, et donc la valorisation de ladite fraction. Ainsi, pour surmonter les problèmes de l’art antérieur exposés ci-dessus, et pour atteindre au moins l'un des objectifs susvisés, parmi d’autres, la présente invention propose, selon un premier aspect, un procédé d’hydroconversion d’une charge comportant une fraction d’huile végétale et/ou animale et une fraction lourde d’hydrocarbures contenant une partie d’au moins 50% en poids possédant un point d’ébullition d’au moins 300°C, et contenant du soufre et de l’azote, la somme de la fraction d’huile végétale et/ou animale et de la fraction lourde d’hydrocarbures formant 100% poids de ladite charge, le procédé comprenant les étapes successives suivantes : (a) le conditionnement et l’introduction de la charge dans une première section d’hydroconversion comportant au moins un premier réacteur d’hydroconversion à lit bouillonnant ou à lit hybride bouillonnant-entraîné comprenant un premier catalyseur supporté poreux d’hydroconversion; (b) une première étape d’hydroconversion de la charge en présence d'hydrogène dans ladite première section d’hydroconversion pour obtenir un premier effluent hydroconverti; (c) optionnellement une étape de séparation d’une partie ou de la totalité dudit premier effluent résultant de l’étape (b), pour former au moins une coupe lourde bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C ; (d) optionnellement une deuxième étape d’hydroconversion dans une deuxième section d’hydroconversion comportant au moins un deuxième réacteur d’hydroconversion à lit bouillonnant ou à lit hybride bouillonnant-entraîné d’une partie ou de la totalité dudit premier effluent résultant de l’étape (b) ou optionnellement de ladite coupe lourde issue de l’étape (c), ledit deuxième réacteur d’hydroconversion comprenant un deuxième catalyseur supporté poreux et opérant en présence d’hydrogène, pour produire un deuxième effluent hydroconverti; l’étape (b) et l’étape (d) optionnelle étant mises en œuvre à une pression absolue comprise entre 2 MPa et 38 MPa, à une température comprise entre 405°C et 550°C, à une vitesse spatiale horaire par rapport au volume de chaque réacteur d’hydroconversion comprise entre 0,05 h -1 et 10 h -1 , et avec une quantité d'hydrogène comprise entre 50 Nm 3 /m 3 et 5000 Nm 3 /m 3 , (e) une étape de fractionnement de tout ou partie dudit premier effluent hydroconverti issu de l’étape (b) ou dudit deuxième effluent hydroconverti issu de l’étape (d), dans une section de fractionnement, pour produire au moins un produit liquide lourd qui bout majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, ledit produit liquide lourd contenant une fraction résiduelle qui bout à une température supérieure ou égale à 540°C. Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l'invention, à l’étape (a), la fraction d’huile végétale et/ou animale et la fraction lourde d’hydrocarbures de la charge sont préalablement mélangées avant leur introduction dans ledit au moins un premier réacteur d’hydroconversion de la première section d’hydroconversion. Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l'invention, à l’étape (a), la fraction d’huile végétale et/ou animale et la fraction lourde d’hydrocarbures de la charge sont introduites séparément dans ledit au moins un premier réacteur d’hydroconversion de la première section d’hydroconversion. Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l'invention, l’étape (a) comporte une étape de préchauffage de la fraction lourde d’hydrocarbures, de préférence à une température comprise entre 280°C et 450°C, et optionnellement une étape de préchauffage de la fraction d’huile végétale et/ou animale, de préférence à une température comprise entre la température ambiante et 350°C, avant l’introduction de la charge dans le premier réacteur d’hydroconversion de la première section d’hydroconversion. Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l'invention, la charge comporte entre 1% et 50% en poids de la fraction d’huile végétale et/ou animale et entre 50 % et 99% en poids de la fraction lourde d’hydrocarbures. Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l'invention, la charge comporte entre 5% et 30% en poids, de préférence entre 5% et 20% en poids, de la fraction d’huile végétale et/ou animale, et entre 70 % et 95% en poids, de préférence entre 80% et 95% en poids, de la fraction lourde d’hydrocarbures. Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l'invention, la fraction d’huile végétale et/ou animale de la charge est une huile végétale, de préférence choisie dans la liste constituée par l’huile de colza, de soja, de tournesol, de palme, de palmiste, d'olive, de coprah, de ricin, de coton, d'arachides, de lin, de crambe, de Purghère, ou leur mélange. Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l'invention, la fraction lourde d’hydrocarbures de la charge est choisie dans la liste constituée par un pétrole brut, un pétrole brut étêté, un résidu atmosphérique ou un résidu sous-vide issu de la distillation atmosphérique et/ou sous vide d’un pétrole brut ou d’un effluent provenant d’une unité de conversion thermique, d’hydrotraitement, d’hydrocraquage ou d’hydroconversion, une coupe aromatique extraite d’une unité de production de lubrifiants, une huile désasphaltée issue d'une unité de désasphaltage, un asphalte issu d'une unité de désasphaltage, une fraction résiduelle issue de la liquéfaction directe de charbon, un distillat sous-vide issu de la liquéfaction directe de charbon, ou leur mélange. Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l'invention, la charge est constituée d’une fraction d’huile végétale et d’une fraction lourde d’hydrocarbures constituée par un résidu sous-vide, de préférence un résidu sous-vide issu du fractionnement primaire d’un pétrole brut. Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l'invention, la fraction d’huile végétale et/ou animale est une huile usagée, de préférence une huile de cuisson usagée. Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l'invention, le procédé comporte l’étape de séparation (c) séparant une partie, ou la totalité, du premier effluent hydroconverti issu de l’étape (b) pour produire au moins la coupe lourde bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, et comportant la deuxième étape d’hydroconversion (d) de ladite coupe lourde. Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l'invention, une fraction d’huile végétale et/ou animale supplémentaire est introduite dans ledit au moins deuxième réacteur d’hydroconversion à lit bouillonnant ou à lit hybride bouillonnant-entraîné. Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l'invention, le ou les réacteurs d’hydroconversion de première section d’hydroconversion à l’étape (b), et optionnellement à l’étape d’hydroconversion (d), sont des réacteurs à lit hybride bouillonnant-entraîné, ledit procédé comportant en outre une étape d’introduction d’un précurseur de catalyseur dans la charge, de préférence du 2–éthylhexanoate de molybdène, avant l’injection de ladite charge dans ledit au moins au moins un premier réacteur à lit hybride bouillonnant-entraîné de la première section d’hydroconversion, de telle manière qu’un catalyseur colloïdal ou moléculaire, de préférence comportant du disulfure de molybdène, soit formé lorsque ladite charge réagit avec du soufre. Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l'invention, le premier catalyseur d’hydroconversion, et optionnellement le deuxième catalyseur d’hydroconversion, contient au moins un métal du groupe VIII non-noble choisi parmi le nickel et le cobalt, de préférence le nickel, et au moins un métal du groupe VIB choisi parmi le molybdène et le tungstène, de préférence le molybdène, et comportant un support amorphe, de préférence de l’alumine. D’autres objets et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d’exemples de réalisations particuliers de l’invention, donnés à titre d’exemples non limitatifs, la description étant faite en référence à la figure annexée décrite ci-après. Liste des figures La illustre schématiquement un mode de réalisation du procédé d’hydroconversion selon l’invention. La illustre schématiquement un autre mode de réalisation du procédé d’hydroconversion selon l’invention. Sur les figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou analogues. Procédé d’hydroconversion d’une charge comportant une fraction d’huile végétale et/ou animale (102) et une fraction lourde d’hydrocarbures (101) contenant une partie d’au moins 50% en poids possédant un point d’ébullition d’au moins 300°C, et contenant du soufre et de l’azote, la somme de la fraction d’huile végétale et/ou animale (102) et de la fraction lourde d’hydrocarbures (101) formant 100% poids de ladite charge, ledit procédé comprenant les étapes successives suivantes : (a) le conditionnement et l’introduction de ladite charge dans une première section d’hydroconversion (20) comportant au moins un premier réacteur d’hydroconversion à lit bouillonnant ou à lit hybride bouillonnant-entraîné comprenant un premier catalyseur supporté poreux d’hydroconversion; (b) une première étape d’hydroconversion de ladite charge en présence d'hydrogène dans ladite première section d’hydroconversion (20) pour obtenir un premier effluent hydroconverti (105) ; (c) optionnellement une étape de séparation d’une partie ou de la totalité dudit premier effluent résultant de l’étape (b), pour former au moins une coupe lourde bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C ; (d) optionnellement une deuxième étape d’hydroconversion dans une deuxième section d’hydroconversion comportant au moins un deuxième réacteur d’hydroconversion à lit bouillonnant ou à lit hybride bouillonnant-entraîné d’une partie ou de la totalité dudit premier effluent résultant de l’étape (b) ou optionnellement de ladite coupe lourde issue de l’étape (c), ledit deuxième réacteur d’hydroconversion comprenant un deuxième catalyseur supporté poreux et opérant en présence d’hydrogène, pour produire un deuxième effluent hydroconverti; l’étape (b) et l’étape (d) optionnelle étant mises en œuvre à une pression absolue comprise entre 2 MPa et 38 MPa, à une température comprise entre 405°C et 550°C, à une vitesse spatiale horaire par rapport au volume de chaque réacteur d’hydroconversion comprise entre 0,05 h -1 et 10 h -1 , et avec une quantité d'hydrogène comprise entre 50 Nm 3 /m 3 et 5000 Nm 3 /m 3 , (e) une étape de fractionnement de tout ou partie dudit premier effluent hydroconverti issu de l’étape (b) ou dudit deuxième effluent hydroconverti issu de l’étape (d), dans une section de fractionnement (30), pour produire au moins un produit liquide lourd (106b) qui bout majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, ledit produit liquide lourd contenant une fraction résiduelle qui bout à une température supérieure ou égale à 540°C. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, à l’étape (a), la fraction d’huile végétale et/ou animale (102) et la fraction lourde d’hydrocarbures (101) de la charge sont préalablement mélangées avant leur introduction dans ledit au moins un premier réacteur d’hydroconversion de la première section d’hydroconversion (20). Procédé selon la revendication 1, dans lequel, à l’étape (a), la fraction d’huile végétale et/ou animale (102) et la fraction lourde d’hydrocarbures (101) de la charge sont introduites séparément dans ledit au moins un premier réacteur d’hydroconversion de la première section d’hydroconversion (20). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédente, dans lequel, l’étape (a) comporte une étape de préchauffage de ladite fraction lourde d’hydrocarbures (101), de préférence à une température comprise entre 280°C et 450°C, et optionnellement une étape de préchauffage de la fraction d’huile végétale et/ou animale (102), de préférence à une température comprise entre la température ambiante et 350°C, avant l’introduction de la charge dans le premier réacteur d’hydroconversion de la première section d’hydroconversion (20). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la charge comporte entre 1% et 50% en poids de la fraction d’huile végétale et/ou animale (102) et entre 50 % et 99% en poids de la fraction lourde d’hydrocarbures (101). Procédé selon la revendication 5, dans lequel la charge comporte entre 5% et 30% en poids, de préférence entre 5% et 20% en poids, de ladite fraction d’huile végétale et/ou animale (102), et entre 70 % et 95% en poids, de préférence entre 80% et 95% en poids, de ladite fraction lourde d’hydrocarbures (101). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la fraction d’huile végétale et/ou animale de la charge (102) est une huile végétale, de préférence choisie dans la liste constituée par l’huile de colza, de soja, de tournesol, de palme, de palmiste, d'olive, de coprah, de ricin, de coton, d'arachides, de lin, de crambe, de Purghère, ou leur mélange. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la fraction lourde d’hydrocarbures (101) de la charge est choisie dans la liste constituée par un pétrole brut, un pétrole brut étêté, un résidu atmosphérique ou un résidu sous-vide issu de la distillation atmosphérique et/ou sous vide d’un pétrole brut ou d’un effluent provenant d’une unité de conversion thermique, d’hydrotraitement, d’hydrocraquage ou d’hydroconversion, une coupe aromatique extraite d’une unité de production de lubrifiants, une huile désasphaltée issue d'une unité de désasphaltage, un asphalte issu d'une unité de désasphaltage, une fraction résiduelle issue de la liquéfaction directe de charbon, un distillat sous-vide issu de la liquéfaction directe de charbon, ou leur mélange. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la charge est constituée d’une fraction d’huile végétale et d’une fraction lourde d’hydrocarbures constituée par un résidu sous-vide, de préférence un résidu sous-vide issu du fractionnement primaire d’un pétrole brut. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la fraction d’huile végétale et/ou animale est une huile usagée, de préférence une huile de cuisson usagée. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant l’étape de séparation (c) séparant une partie, ou la totalité, du premier effluent hydroconverti (105) issu de l’étape (b) pour produire au moins la coupe lourde bouillant majoritairement à une température supérieure ou égale à 350°C, et comportant la deuxième étape d’hydroconversion (d) de ladite coupe lourde. Procédé selon la revendication 11, dans lequel une fraction d’huile végétale et/ou animale supplémentaire est introduite dans ledit au moins deuxième réacteur d’hydroconversion à lit bouillonnant ou à lit hybride bouillonnant-entraîné. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ou les réacteurs d’hydroconversion de première section d’hydroconversion (20) à l’étape (b), et optionnellement à l’étape d’hydroconversion (d), sont des réacteurs à lit hybride bouillonnant-entraîné, ledit procédé comportant en outre une étape d’introduction d’un précurseur de catalyseur (104) dans la charge, de préférence du 2–éthylhexanoate de molybdène, avant l’injection de ladite charge dans ledit au moins au moins un premier réacteur à lit hybride bouillonnant-entraîné de la première section d’hydroconversion (20), de telle manière qu’un catalyseur colloïdal ou moléculaire, de préférence comportant du disulfure de molybdène, soit formé lorsque ladite charge réagit avec du soufre. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier catalyseur d’hydroconversion, et optionnellement le deuxième catalyseur d’hydroconversion, contient au moins un métal du groupe VIII non-noble choisi parmi le nickel et le cobalt, de préférence le nickel, et au moins un métal du groupe VIB choisi parmi le molybdène et le tungstène, de préférence le molybdène, et comportant un support amorphe, de préférence de l’alumine.