Équipement de production d'essence à haut indice d'octane par aromatisation du naphta/condensat

Description

Présentation succincte : Production d'essence à indice d'octane élevé à partir de naphta/condensat

Objectif : Transformer des charges de naphta ou de condensat à indice d'octane faible en composants d'essence à indice d'octane élevé, principalement par reformage catalytique.

Caractéristiques principales des matières premières :

Naphta : Fraction légères issue de la distillation du pétrole brut (Unité de distillation atmosphérique - ADU) ou d'autres unités, avec une plage d'ébullition typique de ~30°C à 200°C. Indice d'octane faible (RON 40-70).

Condensat : Hydrocarbures liquides très légers séparés de la production de gaz naturel. Plage d'ébullition similaire à celle du naphta, mais souvent plus léger, plus pauvre (moins de composants lourds), et peut contenir davantage de paraffines/naphtènes. Indice d'octane également faible.

Procédé de base : Reformage catalytique

Le cœur de la production d'essence haut-octane à partir de ces charges est l'unité de reformage catalytique (CRU). Ce procédé transforme chimiquement les hydrocarbures bas-octane en composants haut-octane.

Schéma typique du procédé

1. Prétraitement de la charge (essentiel) :

Objectif : Éliminer les contaminants (soufre, azote, eau, métaux) qui empoisonnent de manière permanente le catalyseur de reformage, coûteux et à base de platine.

Procédé : Hydrotraitement (hydrodésulfuration - HDS).

Étapes :

La charge est mélangée à un gaz riche en hydrogène (gaz de recyclage).

Fait passer sur un catalyseur (par exemple, CoMo/Al₂O₃) à haute température (300-400 °C) et sous pression (20-50 bar).

Les composés soufrés (par exemple, mercaptans) sont convertis en H₂S.

Les composés azotés sont convertis en NH₃.

Les oléfines sont saturées.

Les métaux sont piégés.

Sortie : Naphta/condensat traité avec très faible teneur en soufre (<0,5 ppm, souvent <0,1 ppm) et en azote.

2. Reformage catalytique :

Objectif : Convertir les paraffines et naphtènes à faible indice d'octane en aromatiques et paraffines ramifiées (isoparaffines) à haut indice d'octane.

Réactions clés :

Déshydrogénation : Naphtènes → Aromatiques + Hydrogène (Principale source d'octane élevé)

Isomérisation : Paraffines linéaires (n-paraffines) → Paraffines ramifiées (i-paraffines)

Déshydrocyclisation : Paraffines → Naphtènes → Aromatiques

Hydrocraquage : (Indésirable, consomme la charge) Grosses molécules → Molécules plus petites + Gaz (C1-C4)

Types de procédés :

Reformage Semi-Régénératif (SRR) : Lits fixes de catalyseurs. L'unité est arrêtée périodiquement (tous les 6 à 24 mois) pour régénérer le catalyseur. Fonctionne à une pression plus élevée (15 à 30 bar).

Reformage à Régénération Continue de Catalyseur (CCR) : Le catalyseur circule en continu entre les réacteurs et un régénérateur séparé. Fonctionne à une pression plus basse (3 à 10 bar), permettant une sévérité accrue (indice d'octane plus élevé, rendement en aromatiques plus élevé, plus d'hydrogène). C'est le type le plus courant dans les conceptions modernes.

Conditions :

Température : 480-530 °C

Pression : 3-30 bar (selon le type)

Catalyseur : Platine (Pt) supportée sur alumine (Al₂O₃), souvent avec des promoteurs comme le Rhénium (Re), l'Étain (Sn) ou le Chlore (Cl) (bi- ou multimétalliques).

Sortie :

Reformate : Produit liquide à haut indice d'octane (RON 95-106). Riche en composés aromatiques (Benzène, Toluène, Xylènes - BTX) et en paraffines ramifiées.

Gaz Riche en Hydrogène : Sous-produit précieux (utilisé dans les hydrodésulfureurs, les hydrocraqueurs).

GPL : Gaz légers (C1-C4) issus de l'hydrocraquage.

3. Séparation des produits :

Objectif : Séparer le produit reformé des gaz légers et de l'hydrogène.

Processus :

Stabilisateur/Débutaniseur : Élimine les composants légers (gaz C4 et plus légers - GPL) du liquide reformé.

Unité de récupération des gaz : Sépare le gaz riche en hydrogène des gaz hydrocarbonés légers (C1-C4). L'hydrogène est purifié et recyclé vers les réacteurs de reformage et l'hydrodésulfureur.

4. Fractionnement (facultatif mais courant) :

Objectif : Diviser le reformat stabilisé en coupes de températures d'ébullition spécifiques.

Processus :

Un fractionneur sépare :

Reformate léger : Composants à basse température d'ébullition et à indice d'octane élevé (souvent riches en benzène/toluène). Peut nécessiter un traitement de réduction du benzène avant le mélange à l'essence en raison des réglementations environnementales.

Reformate lourd : Composants à haute température d'ébullition (riches en xylènes et autres aromatiques plus lourds).

Produit phare :

Reformate : Le composant principal pour le mélange d'essence à haut indice d'octane (RON 95-106). Il améliore considérablement le nombre d'octane du mélange final d'essence.

Considérations importantes :

Qualité de l'alimentation : La prétraitement est absolument essentiel pour protéger le catalyseur sensible de reformage.

Sévérité du procédé : Une sévérité accrue (température plus élevée, pression plus faible) augmente l'indice d'octane et le rendement en aromatiques, mais accroît également le taux de désactivation du catalyseur et la production de gaz (GPL) (rendement en liquide plus faible).

Catalyseur : Les catalyseurs à base de platine sont essentiels pour les réactions complexes ; la régénération continue (CCR) permet une performance optimale.

Hydrogène : Un sous-produit très précieux, essentiel pour les autres unités d'hydrotraitement de la raffinerie.

Gestion du benzène : Le reformate contient du benzène. La réglementation exige souvent que sa concentration dans l'essence finale soit minimisée, ce qui peut nécessiter un traitement post-reformage (par exemple saturation ou extraction du benzène) ou un mélange soigneux.

En résumé : La production d'essence supercarburant à partir de naphta/condensat repose sur une prétraitement rigoureux de la charge (hydrotraitement), suivi d'un reformage catalytique, lors duquel les catalyseurs au platine transforment, sous chaleur et pression, les molécules en aromatiques et paraffines ramifiées à haut indice d'octane. La séparation et la fractionnation permettent d'obtenir du reformate, constituant essentiel à haut indice d'octane pour les mélanges, ainsi que de l'hydrogène gazeux de grande valeur.

Distribution des produits (les besoins spécifiques doivent être testés conformément à l'échantillon)

Caractère du produit

Essence supercarburant

Remarque : Teneur en benzène de l'essence à haut indice d'octane & gt;1% (estimation)

Propriétés typiques du gaz pétrolier liquéfié

Propriété du catalyseur

Propriétés principales du catalyseur

FAQ

1. Q : Quels sont le naphta et le condensat, et pourquoi sont-ils utilisés pour produire de l'essence ?

R : Le naphta est une fraction légères issues du raffinage du pétrole brut (habituellement des hydrocarbures C5-C12). Le condensat est un mélange très léger d'hydrocarbures liquides (C5-C10+) récupéré lors de la production de gaz naturel. Ils constituent tous deux d'excellentes matières premières pour la production d'essence, car ils contiennent des hydrocarbures de poids moléculaire adapté, pouvant être transformés en composants d'essence de haute valeur.

2. Q: Pourquoi le naphta et le condensat sont-ils particulièrement adaptés pour produire de l'essence haut-octane ?

A: Ils contiennent des quantités importantes de paraffines (n-paraffines et isoparaffines), de naphtènes et d'aromatiques. Grâce à des procédés catalytiques tels que le reformage, les naphtènes et les paraffines peuvent être convertis en aromatiques haut-octane (comme le benzène, le toluène, le xylène - BTX) et en isoparaffines ramifiées, ce qui augmente considérablement l'indice d'octane.

3. Q: Quel est le principal procédé utilisé pour convertir le naphta/condensat en essence haut-octane ?

A: Le reformage catalytique est le procédé clé. Il utilise un catalyseur (généralement à base de platine) à haute température et sous pression modérée pour réorganiser les molécules. Les réactions principales incluent la déshydrogénation des naphtènes en aromatiques, l'isomérisation des paraffines en isoparaffines, et la déshydrocyclisation des paraffines en aromatiques – toutes ces réactions augmentent significativement l'indice d'octane (RON > 90).

4. Q: Tout le naphta/condensat va-t-il directement dans le reformeur ?

R : Généralement non. La matière première est d'abord traitée par hydrogénation pour éliminer les impuretés telles que le soufre et l'azote, qui empoisonnent le catalyseur coûteux utilisé dans le reformage. Des coupes spécifiques de naphta (par exemple, naphta lourd, plage d'ébullition d'environ 90-200 °C) sont souvent préférées pour le reformage en raison de leur teneur plus élevée en naphtènes, produisant davantage d'aromatiques. Les coupes plus légères de condensat peuvent être dirigées vers l'isomérisation.

5. Q : Outre le reformage, quels autres procédés peuvent être impliqués ?

R : Isomérisation : Convertit les paraffines linéaires à faible indice d'octane (n-pentane, n-hexane) présentes dans les fractions de naphta léger/condensat en isomères ramifiés à indice d'octane plus élevé.

Alkylation : Combine des oléfines légères (provenant du FCC, des cokers) avec de l'isobutane pour former des paraffines ramifiées à très haut indice d'octane (RON 90-98) (alkylate), souvent mélangées au pool d'essence.

Le mélange : Le reformulé (haut indice d'octane, teneur élevée en aromatiques) est mélangé à l'isomérisé (indice d'octane moyen, faible teneur en aromatiques), à l'alkylat (indice d'octane très élevé), aux composés oxygénés (comme l'éthanol) et éventuellement à de l'essence de FCC traitée, afin de satisfaire aux exigences finales en octane (RON/MON) et aux spécifications.

6. Q: Comment exactement le reformage augmente-t-il le nombre d'octane ?

R: Le reformage transforme les composants à faible indice d'octane :

Naphthéniques (ex. : cyclohexane) : Transformés en aromatiques à haut indice d'octane (benzène - RON ~99).

Paraffiniques : Transformés en isoparaffines à indice d'octane supérieur par isomérisation, ou directement en aromatiques par déshydrocyclisation (ex. : n-heptane RON 0 -> Toluène RON ~120).

Il produit également du dihydrogène, un sous-produit précieux.

7. Q: Quels sont les principaux avantages d'utiliser du naphta/condensât pour produire de l'essence à haut indice d'octane ?

R: Matière première abondante : Constituant majeur de la production de pétrole brut et de gaz.

Haut rendement et qualité : Le reformage produit efficacement du reformulé à haut indice d'octane, principal composant utilisé dans les mélanges d'essence à haut indice d'octane.

Flexibilité : Différentes coupes peuvent être dirigées vers des procédés optimaux (reformage, isomérisation).

Coproduit précieux : Le reformage génère de l'hydrogène essentiel pour les unités de désulfuration (hydrotraitement, hydrocraquage).

8. Q : Quels sont les défis clés dans la production d'essence haut-octane à partir de ces charges ?

R : Qualité des charges : La variabilité de la composition (rapport naphtène/paraffine, impuretés) nécessite une sélection et un prétraitement soigneux (hydrotraitement).

Sensibilité des catalyseurs : Les catalyseurs de reformage sont coûteux et très sensibles aux poisons (S, N, métaux, eau).

Limites en arômatiques/benzène : Le reformate est riche en arômatiques et en benzène, soumis à des réglementations environnementales strictes (nécessitant une saturation ou une extraction du benzène).

Sévérité du procédé : Un reformage à haute sévérité augmente l'indice d'octane mais accélère la déactivation du catalyseur (cokage) et réduit le rendement en liquide.

Coûts d'investissement et d'exploitation : Le reformage et les unités associées (hydrotraitement) représentent un investissement et des coûts d'exploitation importants.