DOMAINE DE L'INVENTION
[0001] La présente invention se situe dans le domaine des procédés de raffinage permettant
de transformer une coupe oléfinique ayant majoritairement de 4 à 6 atomes de carbone
en une coupe dite distillat moyen ayant majoritairement de 10 à 20 atomes de carbone.
[0002] Cette coupe distillat moyen peut être une coupe kérosène ou une coupe diesel.
[0003] La présente invention fait appel à une première étape de purification permettant
d'éliminer les composés azotés contenus dans la charge suivie de deux oligomérisation
distinctes,
- une première oligomérisation permettant de faire essentiellement réagir les isooléfines
et conduisant à une coupe essence composée d'isooléfines ayant majoritairement de
8 à 10 atomes de carbone, d'excellent indice d'octane qui peut être séparée et valorisée
en tant que telle, et
- une seconde oligomérisation qui permet de faire réagir les normales oléfines avec
les isooléfines restantes (de la charge) et les isooléfines formées (non séparées)
qui seront majoritairement situées dans la gamme des oléfines à plus de 8 atomes de
carbone.
EXAMEN DE L'ART ANTERIEUR
[0004] L'art antérieur dans le domaine de la production de coupé kérosène est assez vaste,
mais on peut retenir le brevet
EP 1 396 532 qui décrit un procédé de valorisation d'une charge d'hydrocarbures liquide comprenant
les étapes suivantes :
- a) la séparation à partir de ladite charge d'hydrocarbures d'une fraction (O1) comprenant
essentiellement des composés contenant 5 atomes de carbone dont au moins 2% poids
de pentènes,
- b) une mise en contact de ladite fraction (O1) avec une coupe d'hydrocarbures (O2)
comprenant au moins en partie des hydrocarbures présentant un nombre d'atomes de carbone
compris entre 6 et 10, dont au moins 2 % poids d'oléfines, en présence d'au moins
un catalyseur favorisant les réactions de dimérisation et d'alkylation des espèces
présentes dans le mélange issu de ladite mise en contact,
- c) une séparation des effluents issus de l'étape b) 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 comprenant
la majorité des produits issus des réactions d'alkylation et de dimérisation.
[0005] Ce brevet ne décrit aucune étape de prétraitement, en particulier de purification
de la charge de départ (O1).
[0006] Le brevet
FR 2 887 555 décrit un procédé de préparation d'une coupe diesel à partir d'une coupe oléfinique
en C2 C12 comprenant les étapes suivantes:
- 1) une oligomérisation d'une coupe d'hydrocarbures oléfiniques en C2-C12, de préférence
en C3-C7, et plus préférentiellement encore en C3-C5,
- 2) une séparation du mélange de produits obtenu lors de l'étape 1), en trois coupes
dont une coupe intermédiaire de point d'ébullition final compris entre 200 et 220°C
- 3) une oligomérisation de la coupe intermédiaire réalisée en présence d'une coupe
d'hydrocarbures oléfiniques en C4 et/ou en C5.
[0007] Ce procédé utilise donc comme charge une coupe oléfinique très large et fait appel
à deux oligomérisations distinctes. Il n'évoque pas la possibilité d'un prétraitement
de la dite charge, notamment d'une purification vis à vis d'éventuels composés azotés
contenus dans la dite charge.
[0008] Les brevets
FR 2 871 167 et
FR 2 871 168 décrivent des procédés de production de coupe gazole à partir de coupes essences
comportant une première étape de séparation des normales et isooléfines, l'étape d'oligomérisation
portant uniquement sur les normales oléfines.
[0009] Le procédé selon la présente invention ne nécessite aucune séparation préalable des
normales et iso oléfines.
[0010] Enfin, la demande de brevet déposé sous le N° 10/03.559 décrit un procédé complexe
faisant appel à une coupe oléfinique en C4 C10 à laquelle s'ajoute une coupe LPG et
une coupe BTX (abréviation de benzène, toluène et xylènes) permettant d'effectuer
une réaction d'alkylation des oléfines sur la coupe BTX.
[0011] Le brevet
US 2007/0213575 décrit un procédé de production d'une coupe distillat à partir d'une charge C4 - C6
oléfinique comprenant une étape de purification de la charge, une ou plusieurs étapes
d'oligomérisation, une étape de séparation et une étape d'hydrogénation.
[0012] Le procédé selon la présente invention ne fait appel à aucune étape d'alkylation
et ne requiert donc aucune coupe de type BTX.
DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES
[0013] La figure 1 représente un schéma du procédé selon l'invention faisant appel à deux
unités d'oligomérisation distinctes précédées d'une étape de purification de la charge
sur une masse de captation.
DESCRIPTION SOMMAIRE DE L'INVENTION
[0014] Le procédé selon la présente invention fait appel à deux unités d'oligomérisation
distinctes travaillant sur des catalyseurs différents et à des conditions opératoires
différentes.
[0015] Le procédé selon l'invention peut se définir comme un procédé de production d'une
coupe distillat moyen ayant majoritairement de 12 à 25 atomes de carbone à partir
d'une charge oléfinique ayant majoritairement entre 4 et 6 atomes de carbone, comprenant
la suite d'étapes décrit par la revendication 1.
[0016] Dans le procédé selon l'invention, la coupe oléfines de départ doit comporter un
minimum d'oléfines ramifiées, dites iso oléfines, minimum que l'on peut fixer à 10%
poids et préférentiellement à 20% poids, rapporté à l'ensemble des oléfines de la
charge.
[0017] Lorsqu'on extrait une coupe essence à l'issue de l'étape de première oligomérisation
(OLG1), il convient de maintenir néanmoins une certaine proportion de la dite coupe
essence dans les effluents de l'étape de première oligomérisation alimentant l'étape
de seconde oligomérisation (OLG2). Cette proportion minimum peut être fixée à 10%,
et préférentiellement à 20% de ladite coupe essence.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
[0018] La charge est constituée d'une coupe d'hydrocarbures oléfiniques contenant de 3 à
8 atomes de carbone, de préférence de 4 à 6 atomes de carbone. Elle contient de 20%
à 100% d'oléfines, préférentiellement de 20% à 80% d'oléfines, et de manière encore
préférée de 40% à 60% d'oléfines.
[0019] Elle peut provenir d'une unité de craquage catalytique en lit fluidisé ou d'une unité
de vapocraquage de naphta, ou d'une unité de déshydratation d'alcools ou d'une unité
de synthèse Fischer-Tropsch ou encore d'autres sources disponibles à partir des unités
de raffinage ou de pétrochimie.
[0020] La description du procédé est faite en s'appuyant sur la figure 1.
[0021] La charge à traiter (1) est envoyée dans une unité de purification (PUR) faisant
appel à un tamis moléculaire à base de zéolithe de type faujasite (par exemple de
type Na X ou NaY) travaillant aux conditions opératoires suivantes:
- température comprise entre 20°C et 50°C
- pression de 5 à 30 bars
- VVH entre 0,5 et 1 h-1
[0022] Un exemple est la zéolithe NaX, par exemple celle commercialisée par la société Axens
sous le nom SBE 13X.
[0023] Cette unité de purification (PUR) est principalement destinée à éliminer les composés
azotés contenus dans la charge et qui constituent des poisons vis à vis des catalyseurs
utilisés dans les unités d'oligomérisation situées en aval.
[0024] L'effluent (2) de l'unité de purification (PUR) est envoyé dans une étape de première
oligomérisation (OLG1) travaillant à une température inférieure à 120°C sur un catalyseur
de type silice-alumine.
[0025] Le catalyseur d'oligomérisation pour l'étape de première oligomérisation (OLG1) est
un catalyseur amorphe à base de silico-aluminate, de préférence choisi parmi les silice-alumines
et alumines silicées, et de manière préférée les alumines silicées.
[0026] Le rapport massique SiO2/Al2O3 est comprise entre 0,05 et 10, et de préférence compris
entre 0,2 et 1.
[0027] Un catalyseur préféré est par exemple celui commercialisé par la société AXENS sous
l'appellation IP 811.
[0028] L'effluent (3) sortant de l'étape de première oligomérisation (OLG1) est envoyé dans
une unité de séparation (DIST1) permettant d'extraire une coupe essence (3') à bon
indice d'octane et qui peut donc rejoindre le pool essence (POOL). Une partie de cette
essence (3') est dirigée vers l'unité d'oligomérisation (OLG2). L'effluent (4) de
l'étape de séparation (DIST1), est envoyé sur une étape de seconde oligomérisation
(OLG2) travaillant à une température supérieure à 120°C sur une catalyseur de type
zéolithique, tel que par exemple un catalyseur contenant une zéolithe ZSM-5.
[0029] Le catalyseur à base de zéolithe utilisé dans l'étape de seconde oligomérisation
(OLG2) comprend de préférence au moins une zéolithe sélectionnée dans le groupe constitué
par les zéolithes de type aluminosilicate ayant un rapport atomique global Si/Al supérieur
à 10 et une structure de pores 8, 10 ou 12MR.
[0030] Ladite zéolithe est de manière encore plus préférée sélectionnée dans le groupe constitué
par les zéolithes : ferrierite, chabazite, zéolithes Y et US-Y, ZSM-5, ZSM-12, NU-86,
mordénite, ZSM-22, NU-10, ZBM-30, ZSM-11, ZSM-57, ZSM-35, IZM-2, ITQ-6 et IM-5, SAPO,
prises seules ou en mélange.
[0031] De manière très préférée, ladite zéolithe est sélectionnée dans le groupe constitué
par les zéolithes ferrierite, ZSM-5, Mordénite et ZSM-22, prises seules ou en mélange.
[0032] De manière encore plus préférée, la zéolithe utilisée est la ZSM-5.
[0033] Les effluents (5) de l'étape de seconde oligomérisation (OLG2) sont ensuite séparés
dans une unité de séparation (DIST2) de laquelle on extrait au moins 4 coupes:
- une coupe de tête (6) dite raffinat, correspondant à une coupe LPG,
- une coupe intermédiaire (7) qui correspond à une essence de nombre d'atomes de carbone
compris entre 5 et 10,
- une coupe de fond (8) appelé distillat moyen de nombre d'atomes de carbone compris
entre 10 et 22 qui est envoyé à l'unité d'hydrogénation totale (HT) pour constituer
le kérosène ou le gazole aux spécifications commerciales,
- une coupe dite résidu (9) de point d'ébullition initial supérieur à 280°C si la coupe
finale recherchée est le kérosène, ou supérieur à 360°C si la coupe finale recherchée
est le gazole, qui rejoint le pool fuel de la raffinerie.
EXEMPLES
[0034] Les exemples 1 et 2 qui suivent n'illustrent pas l'invention.
[0035] Ces deux exemples sont obtenus à partir d'expérimentation de laboratoire.
Exemple 1: Charge C5-C6 (LCN)
[0036] 200 grammes de tamis moléculaire NaX, activé par chauffage sous un flux d'air sec
à 350°C pendant 16h, sont disposés dans un premier lit fixe réalisant l'étape de purification.
[0037] 125 grammes de catalyseur IP 811 sont disposés dans un second lit fixe réalisant
l'étape de première oligomérisation (OLG1).
[0038] 75 grammes de catalyseur IP 811 sont disposés dans un troisième lit fixe, réalisant
l'étape de seconde oligomérisation (OLG2).
[0039] Les divers lits sont disposés en série.
[0040] La charge utilisée est une coupe C5-C6 dite essence légère qui provient d'une unité
de FCC, sous la dénomination LCN (Light Cut Naphta).
[0041] Elle est composée en pourcentages massiques de :
1,9 % de butanes et butènes (0,4 et 1,5% respectivement); 25 % d'iso-pentènes;
24% de n-pentènes; 28% de pentanes ; 11% d'hexènes et 7,0% d'hexanes.
[0042] La charge a une densité de 0,6548.
[0043] Elle contient en outre des composés azotés organiques totalisant une teneur de 11,6
ppm poids exprimée en azote élémentaire et 15 ppm poids en soufre élémentaire.
[0044] Elle est injectée dans le premier lit (réalisant la première étape de purification),
de bas en haut, à raison de 36 g/h, la pression est maintenue à 50 bars effectifs
à la température ambiante. L'analyse de l'azote élémentaire en sortie de cette étape
de purification, montre une valeur inférieure à 0,5 ppm poids.
[0045] L'effluent du premier lit est envoyé intégralement dans le second lit réalisant l'étape
de première oligomérisation (OLG1) dans lequel la température est montée graduellement
entre 60°C et 120 °C, afin de maintenir constante la conversion des iso-oléfines en
C5, entre 80% et 85%
[0046] Un accroissement moyen de 3°C toutes les 100 h est nécessaire pour atteindre cet
objectif. Dans ces conditions, la conversion des n-oléfines en C5 se situe entre 10%
et 20%.
[0047] L'effluent du second lit est envoyé intégralement dans le troisième lit réalisant
l'étape de seconde oligomérisation (OLG2), dans lequel la température est montée graduellement
entre 150°C et 230°C, afin de maintenir constante la conversion des oléfines en C5,
entre 75% et 80%.
[0048] Un accroissement moyen de 1°C/100 h est nécessaire pour atteindre cet objectif.
[0049] L'effluent de la troisième étape est séparé par distillation en quatre coupes:
- une coupe C4-(4% poids)
- une coupe 15°C-140°C, (44% poids) constituant la coupe essence légère, dont l'indice
d'octane recherche est de 95,5
- une coupe 140-280°C, (42% poids) qui est ensuite hydrogénée pour fournir une coupe
kérosène, dont les caractéristiques sont:
Point de fumée : 38 mm; Point d'éclair : 45°C; Point de cristallisation : < -65°C
; densité : 0,770. L'hydrogénation est réalisée avec un catalyseur au nickel à 180°C
sous 50 bar d'hydrogène avec une VVH de 0,5 et un débit d'hydrogène de 50 NL/h et
un débit de charge de 48 g/h.
- un résidu 280+ (10% poids)
Exemple 2: Charge C4 ex FCC + C5-C6 (LCN)
[0050] La disposition des divers lits, correspondants aux trois étapes de purification,
première oligomérisation et seconde oligomérisation, est la même que dans l'exemple
1.
[0051] Les catalyseurs utilisés dans les étapes OLG1 et OLG2 et la masse de captation utilisée
dans l'étape PUR sont les mêmes que dans l'exemple 1
[0052] La charge utilisée est une charge C4 ex unité de craquage catalytique (FCC) à laquelle
on a ajouté une coupe C5-C6 dite essence légère qui provient d'une unité de FCC, sous
la dénomination LCN (Light Cut Naphta).
[0053] Elle est injectée dans le premier lit réalisant l'étape de purification (PUR), de
bas en haut, à raison de 36 grammes/heure.
[0054] La pression est maintenue à 50 bars effectifs à la température ambiante.
[0055] L'analyse de l'azote élémentaire en sortie de cette section, montre une valeur inférieure
à 0,5 ppm poids.
[0056] L'effluent du premier lit est envoyé intégralement dans le second lit réalisant l'étape
de première oligomérisation (OLG1), dans lequel la température montée graduellement
entre 50°C et 110 °C, afin de maintenir constante la conversion des iso-oléfines en
C5, entre 80% et 85%.
[0057] Dans ces conditions, la conversion de l'isobutène est supérieure à 95%.
[0058] Un accroissement moyen de 2°C toutes les 100 h est nécessaire pour atteindre cet
objectif. Dans ces conditions, la conversion des normales-oléfmes en C4 et C5 se situe
entre 10 et 20%.
[0059] L'effluent du second lit est envoyé intégralement dans le troisième lit réalisant
l'étape de seconde oligomérisation (OLG2), dans lequel la température est montée graduellement
entre 150°C et 230°C, afin de maintenir constante la conversion des oléfines en C5,
entre 75% et 80%.
[0060] La conversion des oléfines en C4 est supérieure à 80%.
[0061] Un accroissement moyen de 1°C/100 h est nécessaire pour atteindre cet objectif.
[0062] L'effluent de la troisième étape est séparé par distillation en quatre coupes:
1. Procédé de production d'une coupe distillat moyen ayant majoritairement de 10 à 22
atomes de carbone, à partir d'une charge oléfinique ayant majoritairement entre 4
et 6 atomes de carbone, comportant au moins 10% poids d'oléfines ramifiées, ledit
procédé comprenant la suite d'étapes suivantes:
1) une étape de purification (PUR) de la charge réalisée sur un tamis moléculaire
à base de zéolithe de type faujasite, destinée à éliminer les composés azotés de la
charge, et travaillant à une température inférieure à 60°C,
2) une étape de première oligomérisation (OLG1) des effluents issus de l'étape de
purification effectuée à une température inférieure à 120°C, sur un catalyseur amorphe
de type silico aluminate dans lequel le rapport massique SiO2/Al2O3 est compris entre
0,05 et 10, et préférentiellement compris entre 0,2 et 1, étape de première oligomérisation
de laquelle on extrait une coupe essence ayant de 8 à 12 atomes de carbone, en maintenant
un minimum de 10% de la dite coupe essence dans les effluents de ladite étape de première
oligomérisation,
3) une étape de seconde oligomérisation (OLG2) des effluents issus de l'étape de première
oligomérisation effectuée à une température supérieure à 120°C sur un catalyseur zéolithique,
4) une étape de séparation des effluents de l'étape de seconde oligomérisation en
au moins deux coupes, une coupe essence ayant jusqu'à 12 atomes de carbone, et une
coupe distillat moyen (dite coupe kérosène ou gazole) ayant de 12 à 25 atomes de carbone,
5) une étape d'hydrogénation totale de la coupe distillat moyen permettant d'obtenir
un kérosène ou un gazole aux spécifications du marché.
2. Procédé de production d'une coupe distillat moyen ayant majoritairement de 10 à 22
atomes de carbone à partir d'une charge oléfinique ayant majoritairement entre 4 et
6 atomes de carbone selon la revendication 1, dans lequel l'étape de seconde oligomérisation
(OLG2) est réalisée sur un catalyseur à base de zéolithe, la zéolithe utilisée étant
sélectionnée dans le groupe constitué par: la ferrierite, ZSM-5, ZSM-12, NU-86, mordénite,
ZSM-22, NU-10, ZBM-30, ZSM-11, ZSM-57, ZSM-35, IZM-2, ITQ-6 et IM-5.
3. Procédé de production d'une coupe distillat moyen ayant majoritairement de 10 à 22
atomes de carbone à partir d'une charge oléfinique ayant majoritairement entre 4 et
6 atomes de carbone selon la revendication 1, dans lequel l'étape de seconde oligomérisation
(OLG2) est réalisée sur un catalyseur à base de zéolithe, la zéolithe utilisée étant
la ZSM-5.
1. Verfahren zur Produktion einer mittleren Destillatfraktion, die überwiegend aus 10
bis 22 Kohlenstoffatomen besteht, ausgehend von einer Olefincharge, die überwiegend
zwischen 4 und 6 Kohlenstoffatome hat, die mindestens 10 Gew.-% verzweigte Olefine
umfasst, wobei das Verfahren die folgende Abfolge von Schritten umfasst:
1) einen Reinigungsschritt (PUR) der Charge, der auf einem Molekularsieb auf der Basis
von Zeolith des Typs Faujasit ausgeführt wird, der dazu bestimmt ist, die stickstoffhaltigen
Verbindungen der Charge zu eliminieren, und der bei einer Temperatur unter 60 °C arbeitet,
2) einen ersten Oligomerisationsschritt (OLG1) der Ableitungen, die aus dem Reinigungsschritt
hervorgehen, der bei einer Temperatur unter 120 °C auf einem amorphen Katalysator
des Typs Silico-Aluminat ausgeführt wird, bei dem das Gewichtsverhältnis SiO2:Al2O3 zwischen 0,05 und 10 und vorzugsweise zwischen 0,2 und 1 liegt, wobei man bei dem
ersten Oligomerisationsschritt eine Benzinfraktion extrahiert, die 8 bis 12 Kohlenstoffatome
hat, und indem man ein Minimum von 10 % der Benzinfraktion in den Ableitungen des
ersten Oligomerisationsschritts aufrecht erhält,
3) einen zweiten Oligomerisationsschritt (OLG2) der Ableitungen, die aus dem ersten
Oligomerisationsschritt hervorgehen, der bei einer Temperatur über 120 °C auf einem
zeolithischen Katalysator ausgeführt wird,
4) einen Schritt zum Abscheiden der Ableitungen des zweiten Oligomerisationsschritts
in mindestens zwei Fraktionen, einer Benzinfraktion, die bis zu 12 Kohlenstoffatome
hat, und einer mittleren Destillatfraktion (Kerosin- oder Dieselölfraktion genannt),
die 12 bis 25 Kohlenstoffatome hat,
5) einen Schritt der vollständigen Hydrierung der mittleren Destillatfraktion, der
es erlaubt, ein Kerosin oder ein Dieselöl mit den Spezifikationen des Marktes zu erhalten.
2. Verfahren zur Produktion einer mittleren Destillatfraktion, die überwiegend 10 bis
22 Kohlenstoffatome hat, ausgehend von einer Olefincharge, die überwiegend zwischen
4 und 6 Kohlenstoffatome nach Anspruch 1 hat, wobei der zweite Oligomerisationsschritt
(OLG2) auf einem Katalysator auf Zeolithbasis ausgeführt wird, wobei der verwendete
Zeolith aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgendem besteht: Ferrierit, ZSM-5,
ZSM-12, NU-86, Mordenit, ZSM-22, NU-10, ZBM-30, ZSM-11, ZSM-57, ZSM-35, IZM-2, ITQ-6
und IM-5.
3. Verfahren zur Produktion einer mittleren Destillatfraktion, die überwiegend 10 bis
22 Kohlenstoffatome hat, ausgehend von einer Olefincharge, die überwiegend zwischen
4 und 6 Kohlenstoffatome nach Anspruch 1 hat, wobei der zweite Oligomerisationsschritt
(OLG2) auf einem Katalysator auf Zeolithbasis ausgeführt wird, wobei der verwendete
Zeolith ZSM-5 ist.
1. A process for the production of a middle distillate cut having mainly from 10 to 22
carbon atoms from an olefinic feed having mainly between 4 and 6 carbon atoms, comprising
at least 10% by weight of branched chain olefins, said process comprising the sequence
of following steps:
1) a purification step (PUR) for the feed carried out on a molecular sieve based on
zeolite of faujasite type, intended to remove the nitrogenous compounds from the feed,
and operating at a temperature lower than 60°C,
2) a step for first oligomerisation (OLG1) of the effluents issuing from the purification
step, that is carried out at a temperature lower than 120°C, on an amorphous catalyst
of silico aluminate type in which the SiO2/Al2O3 ratio by mass is between 0.05 and
10 and preferably between 0.2 and 1, from which first oligomerisation step there is
extracted a petrol cut having from 8 to 12 carbon atoms, while maintaining a minimum
of 10% of said petrol cut in the effluents from said first oligomerisation step,
3) a step for second oligomerisation (OLG2) of the effluents issuing from the first
oligomerisation step, that is carried out at a temperature higher than 120°C on a
zeolitic catalyst,
4) a step for separation of the effluents from the second oligomerisation step into
at least two cuts, a petrol cut having up to 12 carbon atoms and a middle distillate
cut (referred to as a kerosene or diesel cut) having from 12 to 25 carbon atoms, and
5) a step for total hydrogenation of the middle distillate cut making it possible
to obtain a kerosene or a diesel in accordance with the specifications of the market.
2. A process for the production of a middle distillate cut having mainly from 10 to 22
carbon atoms from an olefinic feed having mainly between 4 and 6 carbon atoms according
to claim 1 wherein the second oligomerisation step (OLG2) is carried out on a zeolite-
based catalyst, the zeolite used being selected from the group formed by: ferrierite,
ZSM-5, ZSM-12, NU-86, mordenite, ZSM-22, NU-10, ZBM-30, ZSM-11, ZSM-57, ZSM-35, IZM-2,
ITQ-6 and IM-5.
3. A process for the production of a middle distillate cut having mainly from 10 to 22
carbon atoms from an olefinic feed having mainly between 4 and 6 carbon atoms according
to claim 1 wherein the second oligomerisation step (OLG2) is carried out on a zeolite-based
catalyst, the zeolite used being ZSM-5.