WO2017009109A1 - Procede permettant de realiser le bouclage du bilan thermique sur une unite de craquage catalytique de naphta dite ncc - Google Patents

Procede permettant de realiser le bouclage du bilan thermique sur une unite de craquage catalytique de naphta dite ncc Download PDF

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feedstock
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Bertrand Fanget
Ann Forret
Romain Corroyer
Ludovic Raynal
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    • C10G2400/20—C2-C4 olefins

Definitions

  • the invention is in the field of refining and petrochemical processes and more particularly in the cracking of naphtha-type light hydrocarbon fractions or straight-run gasoline.
  • the thermal balance of these units can only be achieved by external heat input to the process.
  • the solution generally adopted is to recycle at the regenerator cuts with high potential of coke of the "slurry" type.
  • Slurry is understood to mean the distillation interval cut generally between 250 ° and 350 °, a cut that is relatively rich in aromatic species precursors of coke.
  • the present invention proposes to use a portion of the C5 fraction of the feed, specifically the fraction having a lower boiling point 42 ⁇ C corresponding to normal and iso paraffins, but not containing cyclopentane, as fuel enabling bring the necessary heat to the NCC unit. This choice was suggested following original pilot tests that show that this fraction is the most resistant refractory cut. The contribution of said cut to the heat balance of the unit is carried out either directly in the regenerator the cut being burned with the coke of the catalyst, or as fuel in the preheating furnace or furnaces for preheating the load or the air of the regenerator.
  • FIG. 1 provides a diagram of the process according to the invention in which the following main elements have been shown:
  • the NCC unit (1 1) comprising at least one riser (12) and a regenerator (13),
  • NCC is a special catalytic cracking unit that can be considered as a declination of an FCC catalytic cracking unit whose characteristic is to crack very light paraffinic charges (gasoline) to produce light olefins.
  • One of the blocking points of such a process is the closure of the thermal balance of the unit. Indeed, for a conventional FCC, the coke yield makes it possible to generate enough heat to meet the unit's caloric requirements, that is to say the heat of vaporization of the feedstock (introduced in liquid form), and its cracking which is endothermic.
  • the present invention uses a part of the charge, the most refractory to catalytic cracking, consisting of compounds of 5 normal carbon atoms or iso paraffins as a source of energy by burning it either directly in the regenerator or using it as fuel in the furnace (s) preheating the charge and the regeneration air.
  • the present invention can be defined as a process for the catalytic cracking of a straight distillation gasoline filler of distillation range 30 ° -220 °, comprising a step of catalytic cracking of the feedstock in the presence of a cracking catalyst, and a step of regeneration of the catalyst by combustion of the coke deposited on the surface of said catalyst, in which at least a portion of the fraction of the compounds containing 5 normal carbon atoms or iso-paraffins are removed, keeping the cyclopentane in said charge, to use all or part of the fraction removed as a fuel in said catalytic cracking process to allow the closure of the thermal balance of the process.
  • the fraction of C 5 compounds removed from the feedstock to be treated that is to say the fraction of the compounds 5 carbon atoms of normal type or iso paraffins, is sent directly to the regenerator of the NCC unit.
  • the fraction of C 5 compounds removed from the feedstock to be treated is sent as fuel into the preheating furnace of the charge.
  • the filler (1) is separated into two fractions (8) and (10), the fraction (8) is sent to a C5 splitter (2) which makes it possible to separate the C5 normal and iso paraffins which exit into the head stream (3) from the remainder of the charge which exits at the bottom by the flow (4) )
  • the head stream (3) is the hydrocarbon fraction essentially composed of C5 and consists of C5 normal and iso paraffins,
  • the bottom flow (4) is the heavy fraction of the feed (cyclopentane and C6 + compounds) containing in particular cyclopentane,
  • the fraction (10) of the charge which has not undergone separation by the splitter (2) joins the bottom section (4) of the splitter (2) to form the stream (26) which after preheating in the furnace ( 7) constitutes the charge entering the reactor (12),
  • the cracking products (16) are separated from the coked catalyst (17) by the stripper / separator (14),
  • the coked catalyst (17) is regenerated by burning the coke in the regenerator (13) in contact with the combustion air (25) supplying the latter.
  • the fraction (3) of the C5 hydrocarbon stream containing the C5 normal and isoparaffins is used either as a fuel (6) in the preheating furnace (7) or as a fuel (5) directly in the regenerator (13) , or again is sent to the gasoline pool (27) when the heat balance does not require the use of the whole fraction (3),
  • the cracking products (16) are separated from the coked catalyst (17) by the stripper / separator (14) and are sent to a fractionation column (18) to be separated into dry gas (19), ethylene (20), ), in a C3-C4 cut (21) and in a bottom cut (stream 22 and 23).
  • the fraction of the normal-type 5 carbon compounds or iso-paraffins corresponding to the stream (3) has a lower or equal boiling point 42 ⁇ C
  • the heavy fraction of the filler containing the cyclo pentane and C6 + compounds corresponding to the stream (4) has a boiling point above 42 ⁇ vs.
  • a part of the fraction composed of 5 normal-type carbon atoms or iso-paraffins may to be sent to the gasoline pool (28).
  • the combustion air may be preheated in the preheating furnace (7).
  • part (23) of the bottom cut can be recycled to the inlet of the reactor (12).
  • the reactor is of the "riser" type, that is to say with upward fluidized flow type.
  • the reactor is of the "downer" type, that is to say with a downward fluidized flow type.
  • the catalyst may comprise a ZSM-5 zeolite, or may consist entirely of zeolite ZSM-5.
  • a catalytic cracking unit generally processes a heavy cut from the vacuum distillation unit such as VGO (abbreviation of the English terminology vacuum gas oil) or a mixed vacuum residue, or an atmospheric residue alone. or in mixture.
  • VGO abbreviation of the English terminology vacuum gas oil
  • a mixed vacuum residue or an atmospheric residue alone. or in mixture.
  • the load arriving at the FCC may be significantly lighter due to prior pretreatment, for example VGO, or because it comes from a conversion unit in which the initial charge has been enriched. hydrogen and has been freed from certain impurities.
  • a recent adaptation of the FCC to even lighter loads such as gasolines aims to convert these light paraffinic loads into light olefins (ethylene and propylene), products with high added value for the market. petrochemicals.
  • the FCC is then called NCC.
  • the process must respond to the difficulty related to the low coke yield of the load, so the closure of the heat balance.
  • FIG. 1 schematically depicts the scheme of the method according to the present invention which uses a splitter (2) to isolate the section that is to be subtracted from the load of the NCC unit.
  • the filler (1) is a direct distillation gasoline of paraffinic nature, that is to say composed of at least 50% of paraffin-type compounds. It contains C5 compounds, that is to say, 5 carbon atoms, which can be divided into normal pentane, iso pentane and cyclopentane.
  • fraction (8) is sent into a splitter (2) which separates the C5 normal and iso paraffins which exit into the head stream (3) from the remainder of the charge which exits at the bottom by the flow (4).
  • the head cut (3) is a hydrocarbon fraction essentially composed of C5 boiling point is less than or equal to 42 ⁇ C and consists of normal and iso paraffins C5.
  • the bottom section (4) is the heavy fraction of the feed (Cyclopentane + C6 +) whose boiling point is higher than 42 ⁇ C. It contains in particular cyclopentane, the boiling point is 49 ⁇ C .
  • the NCC unit (1 1) is schematically represented by a reactor (12) in which the charge (9), corresponding to the background flow (4) after its heating in the preheating furnace (7), is cracked on contact a hot catalyst (15).
  • the reactor (12) can operate at upward co-current (it is called “riser”) or downward co-current (it is called “downer”).
  • the cracking products (16) are separated from the coked catalyst (17) by the stripper / separator (14).
  • the coked catalyst (17) is regenerated by burning the coke in the regenerator (13) in contact with the combustion air (25) supplying the latter.
  • This combustion air comes from the stream (24) which has been preheated in the preheating furnace (7).
  • the fraction (10) of the charge which has not been separated by the splitter (2) joins the bottom section (4) of the splitter (2) to form the stream (26) which, after preheating in the furnace ( 7), constitutes the charge (9) entering the reactor (12).
  • the fraction (3) of the C5 hydrocarbon stream containing the C5 normal and isoparaffins is used either as fuel (6) in the preheating furnace (7) or as fuel (5) directly in the regenerator (13), or again is sent to the gasoline pool (26) when the heat balance does not require the use of the whole fraction (3).
  • the cracking products (16) are sent in a fractionation column (18), to be separated into dry gas (19), ethylene (20), a C3-C4 cut (21) and a bottom cut, a part (23) of which can be recycled to the inlet of the riser (12).
  • Part of the dry gases (27) can also be sent to the regenerator (13) as fuel.
  • the flow rate of the fraction of charge (8) sent to the splitter (2) can spread over a wide range: the minimum corresponds to the value required to have enough cut C5 (5) to send to the regenerator so as to realize the thermal balance, the maximum corresponds to the total flow of the load (1).
  • the portion (8) of the stream (1) entering the splitter (2) is a gasoline charge directly from the atmospheric distillation. Its distillation range is typically 30-220. Depending on the crude used at the inlet of the fractionation column, its composition can be very variable. Its initial boiling point is generally above 30 ° C and its boiling point is generally below 220 ° C.
  • the role of the splitter (2) is to fractionate this charge by separating the lightest cut containing the 5-carbon species (excluding cyclopentane) from the rest of the charge.
  • the splitter (2) being operated at 42 ⁇ C, cyclopentane that ia a boiling point of 49 ⁇ C, is found in the bottom stream (4).
  • the flow (16) at the separator / stripper outlet (14) contains all the reaction effluents produced in the reactor of the NCC unit, as well as the unconverted fraction.
  • the NCC unit is a catalytic cracking unit of naphtha having at least one main reactor operating either in upflow (“riser”) or in downflow (“downer”).
  • It furthermore has a regeneration section for the catalyst (13) in which the coke formed during the reaction and deposited on the surface of the catalyst is burned in order, on the one hand, to render its activity on the catalyst, and on the other hand to produce the calories required for vaporization of the feedstock and the endothermicity of the cracking reaction.
  • the NCC unit has its own hydrocarbon effluent treatment section including a gas treatment section allowing separation of olefins light (ethylene, propylene) other gases: hydrogen, methane, ethane, propane, as well as the separation of the C4 cut.
  • olefins light ethylene, propylene
  • the heavier portion of the hydrocarbon effluents is treated in a separation section comprising at least one fractionation unit for covering the different liquid cuts (not shown in Figure 1).
  • the NCC unit is operated preferably at high severity, that is to say with a high reactor outlet temperature (ROT) and a high ratio of catalyst to charge (C / O) mass flow rates.
  • ROT reactor outlet temperature
  • C / O catalyst to charge
  • the reactor outlet temperature and between 600 ⁇ and 730 ⁇ and the C / O ratio is between 10 and 35, and more preferably between 15 and 30.
  • the catalyst may be any type of catalytic cracking catalyst, preferably containing a high proportion of zeolite.
  • ZSM-5 It may be additive or not to the ZSM-5 and may even be composed of 100% ZSM-5.
  • the examples presented below make it possible to show the advantage of eliminating the C5 normal and iso paraffin portion of the straight-run gasoline charge (or of straight-run gasoline), and of reserving it for the combustion required for the thermal balance. On the other hand, they show that the elimination of this C5 fraction, in whole or in part, also makes it possible to improve the yield of light olefins of the unit.
  • Example 1 is according to the prior art.
  • Example 2 is according to the invention.
  • Example 1 shows the yield structures obtained during the cracking of a direct distillation feedstock and during the cracking of the same feedstock freed from the entire C5 cut, the distillation having been carried out at 52 ° C.
  • the cracking was carried out on a pilot representative of an FCC unit to a riser and two regenerators (denoted R2R).
  • the operating conditions are severe because a maxi-propylene target is targeted:
  • the catalytic system is composed of a commercial ZSM-5 "steamed", that is to say having undergone aging of 24 hours under steam pressure at 800 ⁇ .
  • Table 2 gives the compositions of the complete charge and the reduced load of the C5 fraction, but having conserved cyclopentane (thus a filler according to the invention), and the corresponding distillation points.
  • Table 2 Compositions of the total charge and the load less the fraction in
  • Reactivity [% mass Cx in the load -% mass Cx in the products] /% mass Cx in the load x 100.
  • Table 4 gives the reactivity of each of the compounds of the feedstock for the base case under the operating conditions of Example 1.
  • the cutting point 42 ⁇ C permit the withdrawal of norm hast paraffins and iso-paraffins to 5 carbon atoms while retaining cyclopentane.
  • Table 5 lists the boiling points of paraffins, iso-paraffins and 5-carbon naphthenes.
  • the flow rate of petrol direct distillation is 100 T / h.
  • the coke yield is estimated at 1, 6% for this load.
  • the heat required to crack and heat the load from 150 ° to 620 ° and to heat the water vapor (estimated at 8% weight of the load flow) from 150 to 620 ° is about 40 MW.
  • a temperature of 650 ⁇ to the regenerator makes it possible to complete the heat balance of the unit.
  • the heat supplied by the catalyst from 650 ° 620 ⁇ is about 40 MW (specific heat of the estimated catalyst 1, 2 kJ / kg / ⁇ C).
  • the heat required to heat the catalyst from 620 to 650 ⁇ is also 40 MW.
  • the calculation thus shows a calorie deficit corresponding to approximately 25 MW.
  • This fraction useful for the thermal balance is 10% of the entire C5 cut. It is therefore largely covered by all the normals and iso paraffins C5.

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Abstract

La présente invention décrit un procédé de craquage catalytique d'une coupe naphta dans lequel le bilan thermique est assuré par la combustion d'une fraction de la coupe C5 de la charge, fraction ne contenant que des normales et iso paraffines, en conservant le cyclopentane dans ladite charge.

Description

PROCEDE PERMETTANT DE REALISER LE BOUCLAGE DU BILAN THERMIQUE SUR UNE UNITE DE CRAQUAGE CATALYTIQUE DE NAPHTA DITE NCC
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention se situe dans le domaine des procédés du raffinage et de la pétrochimie et plus particulièrement dans celui du craquage de coupes hydrocarbures légères de type naphta ou essence de distillation directe.
L'intérêt pour le craquage de charges paraffiniques de type essence de distillation directe dans des unités de FCC (acronyme de fluid catalytic craking selon la terminologie anglo saxonne) afin de les valoriser en propylène et éthylène est relativement récent. On peut citer dans ce domaine le brevet WO 07043741 et la présentation faite en 2007 au « Spring National Meeting » de 2007 à Houston (Texas) de Curtis N. et al. « A catalytic cracking process for ethylene and propylène from paraffin streams, The Advanced Catalytic Olefins (ACO) Process », qu'on peut traduire par "Procédé de craquage catalytique pour la production d'éthylène et de propylène à partir de paraffines ».
Le différentiel de prix entre les oléfines légères et l'essence crée une incitation actuellement très forte vers ce type de craquage. De plus, les progrès faits pour l'amélioration des catalyseurs zéolitiques permettent des rendements conséquents en oléfines légères. Ce nouveau type d'unités FCC est couramment appelé NCC pour Naphta Catalytic Craking qu'on peut traduire par craquage catalytique de naphta. C'est cet acronyme que l'on utilisera dans la suite du texte.
Le craquage catalytique de coupes paraffiniques légères pose un problème car ce type de charge ne produit pas suffisamment de coke dans les conditions du FCC pour assurer par combustion dudit coke les besoins thermiques générés par la vaporisation de la charge (introduite liquide), et les réactions de craquage endothermiques.
La balance thermique de ces unités ne peut être atteinte que par un apport de chaleur externe au procédé. La solution généralement retenue consiste à recycler au niveau du régénérateur des coupes à fort potentiel de coke du type « slurry ».
On entend par « slurry » la coupe d'intervalle de distillation généralement compris entre 250Ό et 350Ό, coupe relativement riche en espèces aromatiques précurseurs de coke. La présente invention propose d'utiliser une partie de la fraction en C5 de la charge, précisément la fraction ayant un point d'ébullition inférieure à 42<C correspondant aux normales et iso paraffines, mais ne contenant pas le cyclopentane, comme combustible permettant d'apporter la chaleur nécessaire à l'unité NCC. Ce choix a été suggéré suite à des tests originaux réalisés sur pilote qui montrent que cette fraction est la coupe la plus réfractaire au craquage. L'apport de ladite coupe au bilan thermique de l'unité est réalisé soit directement dans le régénérateur la coupe étant brûlée avec le coke du catalyseur, soit comme combustible dans le ou les fours de préchauffage permettant de préchauffer la charge ou l'air du régénérateur.
EXAMEN DE L'ART ANTERIEUR
Aucun document de l'art antérieur ne cite clairement la fraction décrite dans la présente invention pour assurer le bilan thermique d'une unité de craquage catalytique d'une coupe naphta. DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES
La figure 1 fournit un schéma du procédé selon l'invention dans lequel on a fait apparaître les éléments principaux suivants :
- l'unité NCC (1 1 ) comportant au moins un riser (12) et un régénérateur (13),
- un splitter (2) permettant de séparer la fraction normale et iso paraffines de la coupe C5 sortant en tête (flux 3) du reste de la charge sortant en fond ( flux 4) et contenant le cyclopentane,
- le four de préchauffe (7) de la charge (4)+(10) et de l'air de combustion (24) utilisé au régénérateur,
- l'unité de fractionnement (18) permettant de séparer l'effluent du NCC en différentes coupes (19, 20, 21 , 22 et 23).
DESCRIPTION SOMMAIRE DE L'INVENTION
Le NCC est une unité de craquage catalytique particulière qu'on peut considérer comme une 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. Un des points bloquant d'un tel procédé est le bouclage du bilan thermique de l'unité. En effet, pour un FCC classique, le rendement en coke permet de générer suffisamment de chaleur pour assurer les besoins en calories de l'unité, c'est-à-dire la chaleur de vaporisation de la charge (introduite liquide), et son craquage qui est endothermique.
Dans le cas d'une unité NCC, de par la nature de la charge et du catalyseur, le rendement en coke est généralement insuffisant pour réaliser la balance thermique de l'unité. Selon l'art antérieur, l'emploi d'une source de chaleur externe est donc requis. La présente invention utilise une partie de la charge, la plus réfractaire au craquage catalytique, constituée des composés à 5 atomes de carbones de type normale ou iso paraffines comme source d'énergie en la brûlant soit directement dans le régénérateur, soit en l'utilisant comme combustible dans le ou les fours de préchauffage de la charge et de l'air de régénération.
Outre l'apport de calories nécessaire à l'unité, il a été découvert de manière surprenante que l'efficacité du NCC est améliorée quand la fraction C5 de point d'ebullition inférieur à 42<C de la charge naphta a été éliminée de ladite c harge, tout en conservant dans cette dernière le cyclopentane.
La présente invention peut se définir comme un procédé de craquage catalytique d'une charge essence de distillation directe d'intervalle de distillation 30^ -220^, comprenant une étape de craquage catalytique de la charge en présence d'un catalyseur de craquage, et une étape de régénération du catalyseur par combustion du coke déposé à la surface dudit catalyseur, dans lequel on élimine au moins une partie de la fraction des composés à 5 atomes de carbone de type normale ou iso paraffines, en conservant le cyclopentane dans ladite charge, de façon à utiliser, en tout ou partie, la fraction éliminée comme combustible dans ledit procédé de craquage catalytique pour permettre le bouclage du bilan thermique du procédé.
Selon une première variante du procédé de craquage catalytique d'une charge essence de distillation directe d'intervalle de distillation 30Ό-220Ό, la fraction de composés en C5 éliminée de la charge à traiter, c'est-à-dire la fraction des composés à 5 atomes de carbone de type normale ou iso paraffines, est envoyée directement au régénérateur de l'unité NCC.
Selon une seconde variante du procédé de craquage catalytique d'une charge essence de distillation directe d'intervalle de distillation 30Ό-220Ό, la fraction de composés en C5 éliminée de la charge à traiter, est envoyée comme combustible dans le four de préchauffe de la charge.
De façon plus précise en relation avec la figure 1 , on peut décrire le procédé selon la présente invention de la façon suivante :
Procédé de craquage catalytique d'une charge essence de distillation directe d'intervalle de distillation 30^-220^ selon les revendications 1 à 3, dans lequel on effectue la suite d'opérations suivantes :
la charge (1 ) est séparée en deux fractions (8) et (10), - la fraction (8) est envoyée dans un splitter C5 (2) qui permet de séparer les normales et iso paraffines en C5 qui sortent dans le flux de tête (3) du reste de la charge qui sort en fond par le flux (4),
- le flux de tête (3) est la fraction hydrocarbure essentiellement composée de C5 et est constitué des normales et iso paraffines en C5,
- le flux de fond (4) est la fraction lourde de la charge (cyclopentane et composés de type C6+) contenant en particulier le cyclopentane,
- la fraction (10) de la charge qui n'a pas subi de séparation par le splitter (2) rejoint la coupe de fond (4) du splitter (2) pour former le flux (26) qui après préchauffage dans le four (7) constitue la charge entrant au réacteur (12),
- les produits de craquage (16) sont séparés du catalyseur coké (17) par le stripeur/séparateur (14),
- le catalyseur coké (17) est régénéré par brûlage du coke dans le régénérateur (13) au contact de l'air de combustion (25) alimentant ce dernier.
- la fraction (3) du flux d'hydrocarbures en C5 contenant les normales et isoparaffines en C5 est utilisée soit comme combustible (6) dans le four (7) de préchauffage, soit comme combustible (5) directement dans le régénérateur (13), soit encore est envoyée vers le pool essence (27) lorsque le bilan thermique ne nécessite pas l'utilisation de toute la fraction (3),
- les produits de craquage (16) sont séparés du catalyseur coké (17) par le stripeur/séparateur (14) et sont envoyés dans une colonne de fractionnement (18), pour être séparés en gaz sec (19), en éthylène (20), en une coupe C3-C4 (21 ) et en une coupe de fond (flux 22 et 23).
• Dans le procédé de craquage catalytique d'une charge essence de distillation directe d'intervalle de distillation 30<C-220<C sel on l'invention, la fraction des composés à 5 atomes de carbone de type normale ou iso paraffines correspondant au flux (3) a un point d'ébullition inférieur ou égal à 42<C, et la fraction lourde de la charge contenant le cyclo pentane et les composés en C6+ correspondant au flux (4) a un point d'ébullition supérieur à 42<C.
Dans le procédé de craquage catalytique d'une charge essence de distillation directe d'intervalle de distillation 30<C-220<C selon l'inv ention, une partie de la fraction composée de 5 atomes de carbone de type normale ou iso paraffines peut être envoyée au pool essence (28). Dans le procédé de craquage catalytique d'une charge essence de distillation directe d'intervalle de distillation 30<C-220<C selon l'inv ention, l'air de combustion peut être préchauffé dans le four de préchauffage (7).
Dans le procédé de craquage catalytique d'une coupe essence de distillation directe selon l'invention, une partie (23) de la coupe de fond peut être recyclée vers l'entrée du réacteur (12).
Dans le procédé de craquage catalytique d'une coupe essence de distillation directe selon l'invention, le réacteur est de type « riser », c'est-à-dire à écoulement fluidisé ascendant.
Dans le procédé de craquage catalytique d'une coupe essence de distillation directe selon l'invention, le réacteur est de type « downer », c'est-à-dire à écoulement fluidisé descendant.
Enfin dans le procédé de craquage catalytique d'une coupe essence de distillation directe selon l'invention, le catalyseur peut comprendre une zéolite ZSM-5, voir être en totalité constitué de zéolithe ZSM-5. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Une unité de craquage catalytique (FCC) traite généralement une coupe lourde issue de l'unité de distillation sous vide comme le VGO (abréviation de la terminologie anglo saxonne vacuum gaz oil) ou un résidu sous vide en mélange, ou encore un résidu atmosphérique seul ou en mélange.
II arrive cependant que la charge arrivant au FCC puisse être nettement plus légère du fait d'un prétraitement préalable, du VGO par exemple, ou bien du fait qu'elle provienne d'une unité de conversion dans laquelle la charge initiale a été enrichie en hydrogène et a été débarrassée de certaines impuretés.
Une adaptation récente du FCC à des charges encore plus légères telles que les essences (intervalle de distillation de 30Ό à 220Ό) a pour but de convertir ces charges paraffiniques légères en oléfines légères (éthylène et propylène), produits à forte valeur ajoutée pour le marché de la pétrochimie.
Le FCC est alors appelé NCC. Dans ce cas, le procédé doit répondre à la difficulté liée au faible rendement en coke de la charge, donc au bouclage du bilan thermique.
Dans la présente invention, on utilise une coupe de point d'ébullition précis, correspondant à la fraction la plus légère de la charge et aussi la plus réfractaire au craquage catalytique, comme combustible apportant la chaleur nécessaire à l'équilibre thermique de l'unité de NCC, tout en augmentant le rendement de ladite unité. La figure 1 décrit schématiquement le schéma du procédé selon la présente invention qui fait appel à un splitter (2) permettant d'isoler la coupe que l'on souhaite soustraire de la charge de l'unité de NCC.
La charge (1 ) est une essence de distillation directe de nature paraffinique, c'est-à-dire composée à au moins 50% de composés de type paraffines. Elle contient des composés en C5, c'est-à-dire à 5 atomes de carbone, qu'on peut diviser en normales pentane, iso pentane et cyclopentane.
Elle est séparée en deux fractions (8) et (10). La fraction (8) est envoyée dans un splitter (2) qui permet de séparer les normales et iso paraffines en C5 qui sortent dans le flux de tête (3) du reste de la charge qui sort en fond par le flux (4).
La coupe de tête (3) est une fraction hydrocarbure essentiellement composée de C5 dont le point d'ebullition est inférieur ou égale à 42<C et constituée des normales et iso paraffines en C5.
La coupe de fond (4) est la fraction lourde de la charge (Cyclopentane + C6+) dont le point d'ébullition est supérieur à 42<C. Elle contient en particulier le cyclopentane dont le point d'ébullition est de 49<C.
L'unité de NCC (1 1 ) est schématiquement représentée par un réacteur (12) dans lequel est craquée la charge (9), correspondant au flux de fond (4) après son chauffage dans le four de préchauffage (7), au contact d'un catalyseur chaud (15).
Le réacteur (12) peut fonctionner à co-courant ascendant (on l'appelle alors « riser ») ou à co-courant descendant (on l'appelle alors « downer »).
Les produits de craquage (16) sont séparés du catalyseur coké (17) par le stripeur/séparateur (14).
Le catalyseur coké (17) est régénéré par brûlage du coke dans le régénérateur (13) au contact de l'air de combustion (25) alimentant ce dernier. Cet air de combustion provient du flux (24) qui a été préchauffé dans le four de préchauffage (7).
La fraction (10) de la charge qui n'a pas subi de séparation par le splitter (2) rejoint la coupe de fond (4) du splitter (2) pour former le flux (26) qui, après préchauffage dans le four (7), constitue la charge (9) entrant au réacteur (12).
La fraction (3) du flux d'hydrocarbures en C5 contenant les normales et isoparaffines en C5 est utilisée soit comme combustible (6) dans le four (7) de préchauffage, soit comme combustible (5) directement dans le régénérateur (13), soit encore est envoyée vers le pool essence (26) lorsque le bilan thermique ne nécessite pas l'utilisation de toute la fraction (3). Les produits de craquage (16) sont envoyés dans une colonne de fractionnement (18), pour être séparés en gaz sec (19), en éthylène (20), en une coupe C3-C4 (21 ) et en une coupe de fond, dont une partie (23) peut être recyclée vers l'entrée du riser (12).
Une partie des gaz secs (27) peut également être envoyée au régénérateur (13) comme combustible.
Le débit de la fraction de charge (8) envoyé au splitter (2) peut s'étaler sur une large gamme : le minimum correspond à la valeur requise pour avoir suffisamment de coupe C5 (5) à envoyer au régénérateur de manière à réaliser le bilan thermique, le maximum correspond au débit total de la charge (1 ).
Caractéristiques de la charge entrant au NCC
La portion (8) du flux (1 ) entrant dans le splitter (2) est une charge essence issue directement de la distillation atmosphérique. Son intervalle de distillation est typiquement 30Ό - 220^. Dépendant du brut utilisé en entrée d e colonne de fractionnement, sa composition peut être très variable. Son point d'ébullition initial se situe généralement au- dessus de 30^ et son point final d'ébullition est généralement inférieur à 220^.
Le rôle du splitter (2) est de fractionner cette charge en séparant la coupe la plus légère contenant les espèces à 5 atomes de carbone (hors cyclopentane) du reste de la charge. Le splitter (2) étant opéré à 42<C, le cyclopentane qu i a un point d'ébullition de 49<C, se retrouve dans le flux de fond (4).
Caractéristiques du flux sortant du NCC
Le flux (16) en sortie de séparateur/stripeur (14) contient l'ensemble des effluents réactionnels produits au réacteur de l'unité NCC, ainsi que la fraction non convertie.
Conditions opératoires de l'unité de NCC
L'unité NCC est une unité de craquage catalytique de naphta possédant au moins un réacteur principal fonctionnant soit en flux ascendant (« riser »), soit en flux descendant (« downer »).
Elle possède une section séparateur-stripper (14) dans laquelle le catalyseur est séparé des effluents hydrocarbonés.
Elle possède en outre une section de régénération du catalyseur (13) dans laquelle le coke formé pendant la réaction et déposé à la surface du catalyseur est brûlé afin d'une part de rendre son activité au catalyseur, et d'autre part de produire les calories nécessaires à la vaporisation de la charge et à l'endothermicité de la réaction de craquage.
L'unité de NCC possède sa propre section de traitement des effluents hydrocarbonés avec notamment une section de traitement des gaz permettant une séparation des oléfines légères (éthylène, propylène) des autres gaz : hydrogène, méthane, éthane, propane, ainsi que la séparation de la coupe C4.
La partie plus lourde des effluents hydrocarbonés est traitée dans une section de séparation comprenant au moins une unité de fractionnement permettant de recouvrir les différentes coupes liquides (non représenté sur la figure 1 ).
L'unité NCC est opérée de préférence à haute sévérité, c'est-à-dire à forte température sortie réacteur (ROT) et à fort ratio de débits massiques catalyseur sur charge (C/O).
La gamme large de conditions opératoires de l'unité NCC est donnée dans le tableau 1 ci- dessous:
Figure imgf000010_0001
Tableau 1 : Gamme des conditions opératoires de l'unité de NCC
De manière préférée, la température de sortie réacteur et comprise entre 600Ό et 730Ό et le rapport C/O est compris entre 10 et 35, et de manière encore préférée compris entre 15 et 30.
Le catalyseur peut être tout type de catalyseur de craquage catalytique, de préférence contenant une forte proportion de zéolite.
Il pourra être additivé ou non à la ZSM-5 et pourra même être composé à 100 % de ZSM-5. Les exemples présentés ci-dessous permettent de montrer l'intérêt d'éliminer la partie normales et iso paraffines en C5 de la charge essence straight-run (ou de distillation directe), et de la réserver pour la combustion nécessaire au bilan thermique. D'autre part ils montrent que l'élimination de cette fraction C5, en tout ou partie, permet de plus d'améliorer le rendement en oléfines légères de l'unité.
EXEMPLES
L'exemple 1 est selon l'art antérieur. L'exemple 2 est selon l'invention.
L'exemple 1 montre les structures de rendement obtenues lors du craquage d'une charge de distillation directe et lors du craquage de la même charge débarrassée de l'intégralité de la coupe C5, la distillation ayant été opérée à 52°C.
Le craquage a été réalisé sur un pilote représentatif d'une unité FCC à un riser et deux régénérateurs (notée R2R). Les conditions opératoires sont sévères car une cible maxi-propylène est visée :
- Température sortie riser (ROT) = 61 1 Ό,
- C/O = 40.
Le système catalytique est composé d'une ZSM-5 commerciale « steamée », c'est-à-dire ayant subi un vieillissement de 24 heures sous pression de vapeur d'eau à 800Ό.
Le tableau 2 ci-dessous donne les compositions de la charge complète et de la charge diminuée de la fraction en C5, mais ayant conservé le cyclopentane ( donc une charge conforme à l'invention), et les points de distillation correspondants.
Figure imgf000011_0001
Tableau 2 : Compositions de la charge complète et de la charge diminuée de la fraction en
C5 Les résultats du craquage de l'essence de distillation directe utilisée comme charge de l'unité NCC et ceux obtenus à partir de la même charge débarrassée de la coupe C5 sont donnés dans le tableau 3 ci-dessous :
Figure imgf000012_0001
Tableau 3 : Structure de rendement des effluents du craquage catalytique d'une charge naphta de distillation directe et de la même charge débarrassée de la coupe C5
Hormis le fait bien établi que l'unité NCC sur charge de type essence conduit à des rendements très intéressants en oléfines légères (20,9 T/h d'éthylène et de propylène cumulé), le tableau 3 montre l'intérêt de ne pas traiter les espèces à 5 atomes de carbones dans l'unité NCC (à l'exception du cyclopentane). Pour 100 T/h de charge traitée, 1 ,92 T/h de propylène supplémentaires sont obtenus avec l'essence sans coupe C5, mais avec le cyclopentane.
On note également une augmentation de 0,3 T/h du rendement en éthylène et 0,4 T/h du rendement en butènes. Réactivité des composés de la charge :
L'analyse détaillée de la charge et des produits de la réaction permet de calculer la réactivité de chacun des composés de la charge.
Cette réactivité est définie pour chaque composé noté Cx par la formule :
Réactivité = [% masse Cx dans la charge - % masse Cx dans les produits] / % masse Cx dans la charge x 100.
Le tableau 4 donne la réactivité de chacun des composés de la charge pour le cas de base dans les conditions opératoires de l'exemple 1 .
On note la valeur très basse pour les normales paraffines en C5 (10,8) et la valeur négative (-8,5) pour les iso paraffines en C5. Il n'y a donc aucun inconvénient à éliminer ces deux familles de la charge à traiter au NCC.
Figure imgf000013_0001
Tableau 4 : réactivité de chacun des composés de la charge en C5,C6 et C7
L'analyse de la réactivité par famille chimique montre également l'intérêt de conserver le cyclopentane dans la charge à traiter au NCC, et donc d'ajuster le point de coupe non pas à 52<C pour éliminer l'intégralité des C5, mais préci sèment à 42<C pour conserver lesdits cyclopentanes.
Le point de coupe à 42<C permet le retrait des norm aies paraffines et iso-paraffines à 5 atomes de carbone tout en conservant le cyclopentane. Le tableau 5 donne la liste des points d'ébullition des paraffines, iso-paraffines et naphtènes à 5 atomes de carbone.
Figure imgf000014_0001
Tableau 5 : Température d'ébullition des paraffines et iso-paraffines à 5 atomes de carbone Exemple 2
Afin d'illustrer le procédé selon la présente invention, nous avons calculé la chaleur manquante pour assurer l'équilibre thermique d'une unité de NCC opérée dans les conditions suivantes :
ROT = 620<C et C/O = 40.
Le débit de charge essence de distillation directe est de 100 T/h.
Le rendement coke est estimé à 1 ,6 % pour cette charge.
La chaleur requise pour craquer et chauffer la charge de 150°à 620Ό et chauffer la vapeur d'eau (estimée à 8 % poids du débit de charge) de 150 à 620Ό est d'environ 40 MW.
Une température de 650Ό au régénérateur permet de boucler le bilan thermique de l'unité.
En effet, la chaleur délivrée par le catalyseur en passant de 650° à 620Ό est d'environ 40 MW (chaleur spécifique du catalyseur estimée à 1 ,2 kJ/kg/<C).
Au niveau du régénérateur, la chaleur requise pour chauffer le catalyseur de 620 à 650Ό est également de 40 MW.
L'augmentation de la température des effluents gazeux et la chaleur nécessaire pour compenser les pertes thermiques (estimées à 3 % de la chaleur de combustion) est d'environ 5 MW. Or, la combustion du coke ne délivre dans notre cas que 20 MW.
Le calcul montre ainsi un déficit de calories correspondant à environ 25 MW.
La combustion de la coupe normale et iso paraffines en C5, définie par son point de coupe à 42<C, permet d'apporter 48 600 kJ/kg.
Il faut donc brûler 1 ,9 T/h de ladite coupe C5 pour équilibrer la balance thermique de l'unité NCC dans les conditions de l'exemple.
La proportion de cette coupe C5 étant d'environ 15 % de la charge initiale, soit un débit disponible de 15T/h, la quantité de calories nécessaire est largement couverte, et seule une fraction de la coupe C5 contenue dans la charge est donc nécessaire pour équilibrer le bilan thermique de l'unité.
Cette fraction utile au bilan thermique est de 10% de l'ensemble de la coupe C5. Elle est donc largement couverte par l'ensemble des normales et iso paraffines C5.
On peut donc en conclure que la source de calories constituée par la fraction normale et iso paraffines en C5 contenues dans la charge essence de distillation directe est largement suffisante pour assurer le bilan thermique de l'unité NCC.

Claims

REVENDICATIONS
1 ) Procédé de craquage catalytique d'une charge essence de distillation directe d'intervalle de distillation 30Ό -220^, comprenan t une étape de craquage catalytique de la charge en présence d'un catalyseur de craquage, et une étape de régénération du catalyseur par combustion du coke déposé à la surface dudit catalyseur, dans lequel on élimine au moins une partie de la fraction des composés à 5 atomes de carbone de type normale ou iso paraffines, en conservant le cyclopentane dans ladite charge, de façon à utiliser, en tout ou partie, la fraction éliminée comme combustible dans ledit procédé de craquage catalytique pour permettre le bouclage du bilan thermique du procédé.
2) Procédé de craquage catalytique d'une charge essence de distillation directe d'intervalle de distillation 30<C-220<C selon la r evendication 1 , dans lequel la fraction de composés en C5 éliminée de la charge à traiter, c'est-à-dire la fraction des composés à 5 atomes de carbone de type normale ou iso paraffines, est envoyée directement au régénérateur de l'unité NCC.
3) Procédé de craquage catalytique d'une charge essence de distillation directe d'intervalle de distillation 30<C-220<C selon la r evendication 1 , dans lequel la fraction de composés en C5 éliminée de la charge à traiter, est envoyée comme combustible dans le four de préchauffe de la charge. 4) Procédé de craquage catalytique d'une charge essence de distillation directe d'intervalle de distillation 30<C-220<C selon les r evendications 1 à 3, dans lequel on effectue la suite d'opérations suivantes :
- la charge (1 ) est séparée en deux fractions (8) et (10),
- la fraction (8) est envoyée dans un splitter C5 (2) qui permet de séparer les normales et iso paraffines en C5 qui sortent dans le flux de tête (3) du reste de la charge qui sort en fond par le flux (4),
- le flux de tête (3) est la fraction hydrocarbure essentiellement composée de C5 et est constitué des normales et iso paraffines en C5,
- le flux de fond (4) est la fraction lourde de la charge (cyclopentane et composés de type C6+) contenant en particulier le cyclopentane, - la fraction (10) de la charge qui n'a pas subi de séparation par le splitter (2) rejoint la coupe de fond (4) du splitter (2) pour former le flux (26) qui après préchauffage dans le four (7) constitue la charge entrant au réacteur (12),
- les produits de craquage (16) sont séparés du catalyseur coké (17) par le stripeur/séparateur (14),
- le catalyseur coké (17) est régénéré par brûlage du coke dans le régénérateur (13) au contact de l'air de combustion (25) alimentant ce dernier.
- la fraction (3) du flux d'hydrocarbures en C5 contenant les normales et isoparaffines en C5 est utilisée soit comme combustible (6) dans le four (7) de préchauffage, soit comme combustible (5) directement dans le régénérateur (13), soit encore est envoyée vers le pool essence (28) lorsque le bilan thermique ne nécessite pas l'utilisation de toute la fraction (3),
- les produits de craquage (16) sont séparés du catalyseur coké (17) par le stripeur/séparateur (14) et sont envoyés dans une colonne de fractionnement (18), pour être séparés en gaz sec (19), en éthylène (20), en une coupe C3-C4 (21 ) et en une coupe de fond (flux 22 et 23).
5) Procédé de craquage catalytique d'une charge essence de distillation directe d'intervalle de distillation 30<C-220<C selon la re vendication 4, dans lequel la fraction des composés à 5 atomes de carbone de type normale ou iso paraffines correspondant au flux (3) a un point d'ébullition inférieur ou égal à 42<C, et la fraction lourde de la charge contenant le cyclo pentane et les composés en C6+ correspondant au flux (4) a un point d'ébullition supérieur à 42<C.
6) Procédé de craquage catalytique d'une charge essence de distillation directe d'intervalle de distillation 30<C-220<C selon la re vendication 4, dans lequel une partie de la fraction composée de 5 atomes de carbone de type normale ou iso paraffines est envoyée au pool essence (28).
7) Procédé de craquage catalytique d'une charge essence de distillation directe d'intervalle de distillation 30<C-220<C selon la re vendication 4, dans lequel l'air de combustion a également été préchauffé dans le four de préchauffage (7). 8) Procédé de craquage catalytique d'une coupe essence de distillation directe selon la revendication 4, dans lequel une partie (23) de la coupe de fond est recyclée vers l'entrée du réacteur (12). 9) Procédé de craquage catalytique d'une coupe essence de distillation directe selon la revendication 4, dans lequel le réacteur est de type « riser ».
10) Procédé de craquage catalytique d'une coupe essence de distillation directe selon la revendication 4, dans lequel le réacteur est de type « downer ». 1 1 ) Procédé de craquage catalytique d'une coupe essence de distillation directe selon la revendication 4, dans lequel le catalyseur comprend une zéolite ZSM-5.
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