FR3143125A1 - Method for analyzing the cold properties of hydrocarbon cuts - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une Méthode analytique de détermination des propriétés à froid d’une coupe hydrocarbonée comprenant en partie des composés issus de matière renouvelable, et comprenant une fraction diesel et/ou kérosène, ladite méthode comprenant les étapes suivantes : a) Mesure d’une Distillation Simulée de la coupe hydrocarbonée par la méthode ASTM D2887 ; b) Calcul du rendement de la fraction diesel et/ou kérosène dans la coupe hydrocarbonée à l’aide du résultat de la Distillation Simulée ; c) Calcul de la teneur en nC18 et/ou en nC16 dans la coupe hydrocarbonée via l’intégration des pics du chromatogramme obtenu par la Distillation Simulée ; d) Calcul de la teneur en nC18 et/ou en nC16 dans la fraction diesel et/ou kérosène à l’aide des résultats des étapes b) et c) ; e) Calcul du point de trouble et /ou du point de disparition des cristaux à partir des équations suivantes : avec xw,nC18 la teneur en nC18 dans la fraction diesel ; avec xw,nC16 la teneur en nC16 dans la fraction kérosène. The present invention relates to an analytical method for determining the cold properties of a hydrocarbon cut comprising in part compounds derived from renewable material, and comprising a diesel and/or kerosene fraction, said method comprising the following steps: a) Measurement of a Simulated Distillation of the hydrocarbon cut by the ASTM D2887 method; b) Calculation of the yield of the diesel and/or kerosene fraction in the hydrocarbon cut using the result of Simulated Distillation; c) Calculation of the nC18 and/or nC16 content in the hydrocarbon cut via the integration of the peaks of the chromatogram obtained by Simulated Distillation; d) Calculation of the nC18 and/or nC16 content in the diesel and/or kerosene fraction using the results of steps b) and c); e) Calculation of the cloud point and/or the disappearance point of the crystals from the following equations: with xw,nC18 the content of nC18 in the diesel fraction; with xw,nC16 the content of nC16 in the kerosene fraction.
Description
Le co-traitement des charges issues de matières renouvelables et lipidiques telles que les huiles végétales et/ou les graisses animales et/ou les huiles de poisson et/ou les huiles de cuisson usagées avec des charges pétrolières conventionnelles en hydrotraitement a pour but de produire des biocarburants tels que le biodiesel et le biokérosène. La conversion des triglycérides par hydrotraitement présents dans les huiles et les graisses conduit très majoritairement à la production de paraffines linéaires de point d’ébullition (Normal Boiling Point ou NBP selon la terminologie anglo-saxonne) correspondant aux coupes diesel fossiles : n-hexadécane (nC16, NBP = 287°C), et n-octadécane (nC18, NBP = 317°C).The co-processing of feedstocks from renewable and lipidic materials such as vegetable oils and/or animal fats and/or fish oils and/or used cooking oils with conventional petroleum feedstocks in hydrotreatment aims to produce biofuels such as biodiesel and biokerosene. The conversion of triglycerides by hydrotreatment present in oils and fats leads overwhelmingly to the production of linear paraffins with boiling points (Normal Boiling Point or NBP according to the Anglo-Saxon terminology) corresponding to the fossil diesel cuts: n-hexadecane (nC16, NBP = 287°C), and n-octadecane (nC18, NBP = 317°C).
Ces paraffines permettent d’améliorer la densité et l’indice de cétane mais dégradent fortement les propriétés à froid telles que le point de trouble du diesel et le point de disparition des cristaux du kérosène.These paraffins improve density and cetane index but significantly degrade cold properties such as the cloud point of diesel and the disappearance point of kerosene crystals.
Sur des unités pilotes ou sur des unités industrielles, le raffineur est obligé de mesurer les propriétés à froid des fractions kérosène et diesel pour vérifier les spécifications des carburants. Afin d’obtenir les fractions kérosène et diesel, une opération de distillation est souvent nécessaire. Cette opération est longue, coûteuse et consommatrice d’un volume d’échantillon important. Par exemple dans des applications en Expérimentation à Haut Débit (EHD, ou High-Throughput Experimentation selon la terminologie anglo-saxonne), les quantités d’échantillons disponibles sont de l’ordre de quelques millilitres et une distillation préparative pour obtenir des fractions diesel et kérosène est impossible.On pilot plants or industrial plants, the refiner is required to measure the cold properties of the kerosene and diesel fractions to verify fuel specifications. In order to obtain the kerosene and diesel fractions, a distillation operation is often necessary. This operation is long, costly and consumes a large sample volume. For example, in High-Throughput Experimentation (HTE) applications, the quantities of samples available are of the order of a few milliliters and a preparative distillation to obtain diesel and kerosene fractions is impossible.
L’objet de la présente invention est d’estimer les propriétés à froid par une analyse de type distillation simulée (DS) selon la norme ASTM D2887, classiquement utilisée dans l’industrie pétrolière, appliquée à une coupe hydrocarbonée sortant d’un réacteur. L’objectif est de proposer une méthodologie qui soit valable quelle que soit la charge et le procédé utilisé et sans nécessité de distillation physique.The object of the present invention is to estimate the cold properties by a simulated distillation (SD) type analysis according to the ASTM D2887 standard, conventionally used in the oil industry, applied to a hydrocarbon cut leaving a reactor. The objective is to propose a methodology that is valid regardless of the load and the process used and without the need for physical distillation.
Dans le contexte de la diminution des émissions de gaz à effet de serre, les raffineurs sont contraints d’augmenter la proportion des composants d’origine biologique dans les carburants. Le pouvoir public vise à promouvoir l’utilisation de biocarburants dans les transports, non seulement les transports routiers (moteurs diesel) mais aussi le transport aérien. Par exemple, la feuille de route d’Ancre (Alliance Nationale de Coordination de la Recherche pour l’Energie), publiée en juin 2018, évalue le potentiel français des filières de production de biocarburants d’aviation, en tenant compte de la maturité et du temps de développement de ces filières industrielles, la trajectoire de déploiement suivante traduit donc l’ambition française à 2030 d’une incorporation de biocarburants d’aviation en France de 5%. En outre, la stratégie nationale bas-carbone (SNBC) révisée en 2018 fixe pour le transport aérien une orientation de long-terme à horizon 2050 visant à une substitution de 50% du carburant conventionnel d’origine fossile par des biocarburants. La production de biocarburant est donc promue ces dernières années et continuera à être renforcée dans les années à venir.In the context of the reduction of greenhouse gas emissions, refiners are forced to increase the proportion of components of biological origin in fuels. The public authorities aim to promote the use of biofuels in transport, not only road transport (diesel engines) but also air transport. For example, the roadmap of Ancre (National Alliance for the Coordination of Research for Energy), published in June 2018, assesses the French potential of aviation biofuel production sectors, taking into account the maturity and development time of these industrial sectors, the following deployment trajectory therefore reflects the French ambition for 2030 of an incorporation of aviation biofuels in France of 5%. In addition, the National Low-Carbon Strategy (SNBC) revised in 2018 sets a long-term direction for air transport by 2050, aiming at a 50% substitution of conventional fossil fuels with biofuels. Biofuel production has therefore been promoted in recent years and will continue to be strengthened in the years to come.
Il est bien connu que les biocarburants pourront être produits à partir des charges lipidiques, qui contiennent des composés triglycérides, des acides gras libres et des esters, telles que les huiles végétales (huile de colza, huile de tournesol, huile de palme), la graisse animale, l’huile de poisson et l’huile de cuisson usagée. Ces charges mentionnées ci-dessus sont traitées seules ou en co-traitement avec des charges pétrolières fossiles permettant d’incorporer la proportion « bio » dans les carburants finaux.It is well known that biofuels can be produced from lipid feedstocks, which contain triglyceride compounds, free fatty acids and esters, such as vegetable oils (rapeseed oil, sunflower oil, palm oil), animal fat, fish oil and used cooking oil. These feedstocks mentioned above are processed alone or in co-processing with fossil oil feedstocks to incorporate the “bio” proportion into the final fuels.
Les procédés d’hydrotraitement, d’hydrocraquage ou d’hydroconversion permettent de convertir lesdites charges biologiques ci-dessus en biocarburants. Dans lesdits procédés, grâce à une pression d’hydrogène allant de 20 à 200 bars et en présence de catalyseurs, les triglycérides et les acides gras libres dans les charges biologiques sont converties selon les différentes réactions présentées ci-dessous.Hydrotreatment, hydrocracking or hydroconversion processes make it possible to convert the above biological feedstocks into biofuels. In said processes, using a hydrogen pressure ranging from 20 to 200 bars and in the presence of catalysts, the triglycerides and free fatty acids in the biological feedstocks are converted according to the different reactions presented below.
Dans le ou les réacteur(s) d’hydrotraitement, les réactions mises en œuvre sont l’hydrogénation des liaisons oléfiniques par l’addition des molécules d’hydrogène, et la désoxygénation selon deux voies réactionnelles :In the hydrotreatment reactor(s), the reactions implemented are the hydrogenation of the olefinic bonds by the addition of hydrogen molecules, and deoxygenation according to two reaction pathways:
- l’hydrodéoxygénation : l’oxygène est éliminé sous forme d’eau par consommation d’hydrogène tout en gardant le même nombre de carbone dans la chaine d’acide carboxylique de départ, et- hydrodeoxygenation: oxygen is eliminated in the form of water by consumption of hydrogen while keeping the same number of carbons in the starting carboxylic acid chain, and
- la décarbonylation/décarboxylation : l’oxygène est éliminé sous forme de CO et CO2, donc le nombre de carbone de la chaîne hydrocarbonée est réduit d’une atome par rapport à la chaine d’acide carboxylique de départ.- decarbonylation/decarboxylation: oxygen is eliminated in the form of CO and CO2 , so the number of carbons in the hydrocarbon chain is reduced by one atom compared to the initial carboxylic acid chain.
Dans les conditions opératoires de l’hydrotraitement, les charges renouvelables de triglycérides sont totalement converties en hydrocarbures paraffiniques.Under the operating conditions of hydrotreatment, the renewable triglyceride feedstocks are completely converted into paraffinic hydrocarbons.
Par la suite dans le(s) réacteur(s) d’hydrocraquage, en présence d’un ou des catalyseurs acides, les chaînes hydrocarbonées paraffiniques issues des triglycérides sont partiellement converties par les réactions de craquage, permettant d’obtenir des hydrocarbures plus courts que les chaînes initiales.Subsequently, in the hydrocracking reactor(s), in the presence of one or more acid catalysts, the paraffinic hydrocarbon chains from the triglycerides are partially converted by the cracking reactions, making it possible to obtain hydrocarbons that are shorter than the initial chains.
Dans l’effluent total sortant du réacteur les n-paraffines issus des huiles seront majoritairement trouvées dans les coupes de carburants telles que kérosène et diesel et par conséquent vont avoir un impact sur les propriétés à froid tels que le point de disparition de cristaux de la fraction kérosène et le point de trouble de la fraction diesel. Pourtant ce sont des propriétés clés des carburants, déterminantes pour leur homologation et leur utilisation commerciale. Il est donc indispensable de contrôler les propriétés d’écoulement des produits et de piloter des conditions opératoires pour respecter les spécifications des produite,i.e.concrètement le point de disparition des cristaux inférieur à -47°C pour le kérosène Jet-A1 et le point de trouble inférieur à 5°C pour le carburant diesel d’été ou inférieur à -5°C pour le carburant diesel d’hiver (norme Euro V).In the total effluent leaving the reactor, n-paraffins from oils will be mainly found in fuel cuts such as kerosene and diesel and will therefore have an impact on cold properties such as the crystal disappearance point of the kerosene fraction and the cloud point of the diesel fraction. However, these are key properties of fuels, determining their approval and commercial use. It is therefore essential to control the flow properties of the products and to manage operating conditions to meet product specifications, i.e. concretely the crystal disappearance point below -47°C for Jet-A1 kerosene and the cloud point below 5°C for summer diesel fuel or below -5°C for winter diesel fuel (Euro V standard).
Les produits issus des procédés de raffinage se présentent sous forme de plusieurs fractions telles que : gaz, naphta léger, naphta lourd, kérosène, diesel et la fraction lourde non convertie. Dans la majorité des unités de procédés de raffinage à l’échelle laboratoire, les unités pilotes ne sont pas équipés d’une section de fractionnement pour séparer les fractions de produits d’intérêt. Par conséquent, les opérateurs sont contraints de réaliser une distillation séparée (hors de l’unité pilote) pour récupérer les produits souhaités et ensuite mesurer leurs propriétés à froid. Cette démarche consomme beaucoup de temps, d’énergie et de produit, et ne permettra donc pas de piloter rapidement les conditions opératoires des procédés. De plus elle oblige à la production d’un volume important de produit pour pouvoir effectuer une distillation.The products from refining processes come in the form of several fractions such as: gas, light naphtha, heavy naphtha, kerosene, diesel and the unconverted heavy fraction. In the majority of laboratory-scale refining process units, the pilot units are not equipped with a fractionation section to separate the product fractions of interest. Consequently, operators are forced to carry out a separate distillation (outside the pilot unit) to recover the desired products and then measure their cold properties. This approach consumes a lot of time, energy and product, and will therefore not allow the operating conditions of the processes to be quickly controlled. In addition, it requires the production of a large volume of product to be able to carry out a distillation.
De ce fait il est souhaitable de trouver une méthodologie robuste et rapide permettant d’accéder à ces propriétés d’écoulement à froid sans la nécessité d’une étape de distillation.Therefore, it is desirable to find a robust and rapid methodology allowing access to these cold flow properties without the need for a distillation step.
Dans la littérature, sont présents de nombreux travaux sur la compréhension moléculaire des propriétés à froid dans les carburants. Ces travaux évoquent systématiquement le rôle déterminant des normales paraffines sur les propriétés à froid. En effet les normales paraffines de par leur structure linéaire et flexible peuvent s’aligner facilement et former des cristaux stables avec le refroidissement. Un autre facteur important est la longueur des normales paraffines. Plus une paraffine est longue (typiquement les normales paraffines ayant le nombre de carbone dans la chaine supérieur à 15 atomes de carbone), plus les interactions axiales par des forces de Van der Waals entre n-paraffines sont importantes dans les cristaux. En revanche, pour les paraffines linéaires courtes, les interactions entre les extrémités sont aussi importantes et non négligeables et viennent perturber l’organisation des cristaux.In the literature, there are many studies on the molecular understanding of cold properties in fuels. These studies systematically mention the determining role of normal paraffins on cold properties. Indeed, normal paraffins, due to their linear and flexible structure, can easily align and form stable crystals with cooling. Another important factor is the length of the normal paraffins. The longer a paraffin is (typically normal paraffins with a carbon number in the chain greater than 15 carbon atoms), the more the axial interactions by Van der Waals forces between n-paraffins are important in the crystals. On the other hand, for short linear paraffins, the interactions between the ends are also important and not negligible and disrupt the organization of the crystals.
Dans le document Tang et al. (Solubility and crystallisability of the ternary system: Hexadecane and octadecane representative in fuel solvents. Fuel, 2018, 226, 665-674) sont étudiées la solubilité et la cristallisation du système ternaire de l’hexadécane et l’octadécane dans trois solvants fossiles : le dodécane, le toluène et un kérosène. Il a été constaté que les mélanges d’alcanes forment des cristaux moins stables et donc plus solubles que les alcanes purs ; la solubilité des cristaux diminue avec une augmentation de la taille des chaines aliphatiques ; la forme et taille des cristaux est la même dans les trois solvants étudiés et la solubilité des paraffines linéaires en C16 et C18 est meilleure dans un solvant similaire (aliphatique et non polaire). L’ordre du solvant plus soluble au moins soluble est donc la suivante : dodécane (paraffine linéaire), suivi par le kérosène (mélange de paraffines et aromatiques) et en dernier le toluène (aromatique).In the paper Tang et al. (Solubility and crystallisability of the ternary system: Hexadecane and octadecane representative in fuel solvents. Fuel, 2018, 226, 665-674) the solubility and crystallization of the ternary system of hexadecane and octadecane in three fossil solvents: dodecane, toluene and kerosene are studied. It was found that mixtures of alkane form less stable and therefore more soluble crystals than pure alkanes; the solubility of the crystals decreases with an increase in the size of the aliphatic chains; the shape and size of the crystals is the same in the three solvents studied and the solubility of linear paraffins in C16 and C18 is better in a similar solvent (aliphatic and non-polar). The order of most soluble to least soluble solvent is therefore as follows: dodecane (linear paraffin), followed by kerosene (mixture of paraffins and aromatics) and lastly toluene (aromatic).
Le document Krishna et al. (Correlation of pour point of gas oil and vacuum gas oil fractions with compositional parameters. Energy Fuels 1989 ;3(1):15–20) a aussi démontré une dépendance de la valeur du point d’écoulement avec le point de coupe final des diesels étudiés. Plus le point de coupe final est élevé, plus la valeur du point d’écoulement est grande. Il a été constaté une moindre influence des n-paraffines courtes (chaine inférieure à 15 carbones) sur la propriété à froid. Il a été également constaté que le point d’écoulement varie d’une façon non linéaire avec la concentration de n-paraffine dans les coupes et des corrélations mathématiques avec une forme logarithme ont été proposées.Krishna et al. (Correlation of pour point of gas oil and vacuum gas oil fractions with compositional parameters. Energy Fuels 1989;3(1):15–20) also demonstrated a dependence of the pour point value on the final cut point of the diesels studied. The higher the final cut point, the greater the pour point value. A lesser influence of short n-paraffins (chain length less than 15 carbons) on the cold property was found. It was also found that the pour point varies in a non-linear manner with the concentration of n-paraffin in the cuts and mathematical correlations with a logarithmic form were proposed.
Point de disparition des cristaux (kérosène)Crystal Disappearance Point (Kerosene)
Le point de disparition des cristaux (freezing point ou FP selon la terminologie anglo-saxonne) d’un kérosène correspond à la température la plus basse à laquelle le carburant ne contient aucun cristal solide. La mesure du FP est effectuée via la norme D5972, D7153, D7154 (méthodes automatisés) ou D2386 (méthode manuelle). Ces quatre normes sont acceptées pour la certification d’un carburant kérosène selon l’ASTM D1655-20d. Néanmoins les limites minimum et maximum de température d’application de ces quatre méthodes ne sont pas les mêmes. Les méthodes recommandées pour la certification ou ré-certification sont les méthodes automatisés ASTM D5972 et/ou ASTM D7153.The freezing point (FP) of a kerosene corresponds to the lowest temperature at which the fuel does not contain any solid crystals. The FP measurement is carried out using the D5972, D7153, D7154 (automated methods) or D2386 (manual method) standards. These four standards are accepted for the certification of a kerosene fuel according to ASTM D1655-20d. However, the minimum and maximum temperature limits for the application of these four methods are not the same. The recommended methods for certification or re-certification are the ASTM D5972 and/or ASTM D7153 automated methods.
Dans la détermination du FP, l'échantillon est refroidi dans un appareillage normalisé, en étant vigoureusement agité, simulant ainsi les conditions de refroidissement qui peuvent être rencontrées lors d’un vol. La température à laquelle les cristaux apparaissent est la température de cristallisation et est détectée grâce au système de détection optique (opacité et cristal). L'échantillon est alors chauffé jusqu'à ce que l'opacité disparaisse.In the determination of FP, the sample is cooled in a standardized apparatus, being vigorously agitated, thus simulating the cooling conditions that can be encountered during a flight. The temperature at which the crystals appear is the crystallization temperature and is detected by the optical detection system (opacity and crystal). The sample is then heated until the opacity disappears.
A cette étape, la température est augmentée jusqu'à ce que le détecteur de cristal détecte la disparition des cristaux. Si cette température est supérieure à la température de formation des premiers cristaux, le point de disparition des cristaux est obtenu.At this stage, the temperature is increased until the crystal detector detects the disappearance of crystals. If this temperature is higher than the temperature at which the first crystals form, the crystal disappearance point is reached.
Dans la littérature il existe plusieurs modèles corrélatifs pour estimer le FP d’un kérosène. Cependant l’ensemble des corrélations proposées nécessite le plus souvent une analyse détaillée de la coupe kérosène obtenue par chromatographie en phase liquide haute performance (HPLC), chromatographie en phase gazeuse (GC) et résonance magnétique nucléaire (RMN) du13C (Cookson et al. Investigation of the chemical basis of kerosene (jet fuel) specification properties. Energy Fuels 1(5): 438–447.), ou chromatographie en phase gazeuse couplée à un détecteur de spectrométrie de masse (GC-MS) (Liu et al. Artificial neural network approaches on composition–property relationships of jet fuels based on GC–MS. Fuel 86(16):2551–2559) ou chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle couplée à un détecteur de spectrométrie de masse et un détecteur à ionisation de flamme (GCxGC-MS/FID) (Shi et al. Quantitative composition property relationship of aviation hydrocarbon fuel based on comprehensive two-dimensional gas chromatography with mass spectrometry and flame ionization detector. Fuel 200: 395–406). En effet, la plupart de ces corrélations s’appuit sur la connaissance de la structure moléculaire détaillée et la composition massique ou molaire du kérosène en n-paraffines, iso-paraffines, naphtènes et aromatiques. D’autres corrélations ont été obtenues à partir de modèles statistiques (chimiométriques) appliqués sur des données obtenues de la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR) (Scheuermenn et al. In-depth interpretation of mid-infrared spectra of various synthetic fuels for the chemometric prediction of aviation fuel blend properties. Energy Fuels 31(3) : 2934–2943). Enfin toutes ces corrélations ont été développés directement sur la fraction kérosène et obligent ainsi à une opération de distillation de l’effluent total sortant du réacteur et à une caractérisation plus ou moins détaillée de la coupe.In the literature there are several correlative models to estimate the FP of a kerosene. However, all of the proposed correlations most often require a detailed analysis of the kerosene cut obtained by high-performance liquid chromatography (HPLC), gas chromatography (GC) and 13 C nuclear magnetic resonance (NMR) (Cookson et al. Investigation of the chemical basis of kerosene (jet fuel) specification properties. Energy Fuels 1(5): 438–447.), or gas chromatography coupled with a mass spectrometry detector (GC-MS) (Liu et al. Artificial neural network approaches on composition–property relationships of jet fuels based on GC–MS. Fuel 86(16):2551–2559) or two-dimensional gas chromatography coupled with a mass spectrometry detector and a flame ionization detector (GCxGC-MS/FID) (Shi et al. Quantitative composition property relationship of aviation hydrocarbon fuel based on comprehensive two-dimensional gas chromatography with mass spectrometry and flame ionization detector. Fuel 200: 395–406). Indeed, most of these correlations are based on knowledge of the detailed molecular structure and the mass or molar composition of kerosene in n-paraffins, iso-paraffins, naphthenes and aromatics. Other correlations have been obtained from statistical (chemometric) models applied to data obtained from Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) (Scheuermenn et al. In-depth interpretation of mid-infrared spectra of various synthetic fuels for the chemometric prediction of aviation fuel blend properties. Energy Fuels 31(3): 2934–2943). Finally, all these correlations have been developed directly on the kerosene fraction and thus require a distillation operation of the total effluent leaving the reactor and a more or less detailed characterization of the cut.
Point de trouble (Diesel)Trouble point (Diesel)
La tenue au froid d’un diesel peut être caractérisée par trois propriétés : la température limite de filtrabilité (TLF), le point de trouble (PT) et le point d’écoulement (PE). Ces propriétés suivent généralement la même tendance avec la concentration en normales paraffines présentes dans le diesel et sont assez bien corrélées entre elles. En général la cristallisation d’un fluide se fait en deux étapes : la première est la nucléation avec l’apparition des cristaux et la deuxième étape est l’agglomération et la croissance des cristaux. Le PT caractérise donc la première étape lors de l’apparition des premiers cristaux ; la TLF caractérise le moment pendant le refroidissement à partir duquel la taille des cristaux devient trop grande pour qu’ils puissent traverser un filtre et le PE caractérise la température à partir de laquelle le produit ne peut plus couler parce qu’il devient solide. Par conséquent, on observe en température l’ordre suivant : PT > TLF > PE. Il est à noter que le PT et la TLF sont définis dans les spécifications diesel selon la norme ASTM D975-20c « Standard Specification for Diesel Fuel » contrairement au point d’écoulement.The cold resistance of a diesel can be characterized by three properties: the filterability limit temperature (FLT), the cloud point (CP) and the pour point (FP). These properties generally follow the same trend with the concentration of normal paraffins present in the diesel and are fairly well correlated with each other. In general, the crystallization of a fluid occurs in two stages: the first is nucleation with the appearance of crystals and the second stage is the agglomeration and growth of crystals. The CP therefore characterizes the first stage when the first crystals appear; the FLT characterizes the moment during cooling from which the size of the crystals becomes too large for them to pass through a filter and the FP characterizes the temperature from which the product can no longer flow because it becomes solid. Consequently, the following order is observed in temperature: CP > FLT > FP. It should be noted that PT and TLF are defined in diesel specifications according to ASTM D975-20c “Standard Specification for Diesel Fuel” unlike pour point.
La mesure du PT ou « cloud point » selon la terminologie anglo-saxonne est effectuée selon les normes ASTM D2500-11 ou NF ISO EN 23015. Ces méthodes sont utilisées pour des PT en dessous de 49°C. Dans la détermination, l'échantillon est réchauffé au moins de 15 °C au-dessus du PT supposé et introduit dans un tube à essai fermé au bouchon. Un thermomètre à l'intérieur du tube, touche le fond de celui-ci. On refroidit par la suite progressivement, en utilisant des bains réfrigérants de plus en plus froid et on vérifie manuellement la limpidité du produit tous les degrés. Le PT est la température à laquelle apparaît un trouble distinct au fond du tube d'essai. Elle est reportée de degré en degré. Il existe d’autres méthodes équivalentes automatisées qui sont aussi acceptées pour la certification des diesel (ASTM D975-20c) notamment la norme AFNOR ISO 3015 et l’ASTM D5773. Cependant, en cas de non-concordance entre deux valeurs données par des normes différentes, c’est la méthode ASTM D2500 qui fait foi. Cette méthode est coûteuse et nécessite également une distillation notamment en hydrocraquage.The measurement of the PT or "cloud point" according to the Anglo-Saxon terminology is carried out according to the standards ASTM D2500-11 or NF ISO EN 23015. These methods are used for PT below 49 ° C. In the determination, the sample is heated at least 15 ° C above the supposed PT and placed in a test tube closed with a stopper. A thermometer inside the tube touches the bottom of it. It is then cooled gradually, using increasingly cold cooling baths and the clarity of the product is manually checked every degree. The PT is the temperature at which a distinct cloudiness appears at the bottom of the test tube. It is reported from degree to degree. There are other equivalent automated methods that are also accepted for the certification of diesel (ASTM D975-20c) in particular the AFNOR ISO 3015 standard and ASTM D5773. However, in the event of a discrepancy between two values given by different standards, the ASTM D2500 method is the authoritative method. This method is expensive and also requires distillation, particularly by hydrocracking.
Un ensemble de corrélations ont été développées (Riazi MR. Characterization and properties of petroleum fractions. W. Conshohocken, PA : ASTM International ; 2005). Cependant, elles sont généralement valables pour une unique gamme de procédé, charge et conditions opératoires.A set of correlations have been developed (Riazi MR. Characterization and properties of petroleum fractions. W. Conshohocken, PA: ASTM International; 2005). However, they are generally valid for a single range of process, feed, and operating conditions.
Dans le document Cookson et al. (Composition-property relations for jet and diesel fuels of variable boiling range. Fuel 1995 ;74(1) :70–8.) ont été proposés des modèles pour des coupes diesel à intervalle d’ébullition variable (avec un point d’ébullition initial compris entre 230°C et 250°C et un point d’ébullition final situé entre 320°C et 370°C), mettant en avant la nécessité d’introduire une information relative aux points de coupe. Les modèles proposés pour le PT et le PE sont donnés dans les équations suivantes :
In Cookson et al. (Composition-property relations for jet and diesel fuels of variable boiling range. Fuel 1995;74(1):70–8.) models were proposed for diesel cuts with variable boiling range (with an initial boiling point between 230°C and 250°C and a final boiling point between 320°C and 370°C), emphasizing the need to introduce information on the cut points. The proposed models for PT and PE are given in the following equations:
où
Dans sa thèse, JJ. Da Costa (2017) (Compréhension moléculaire et prédiction des propriétés physicochimiques dans les produits pétroliers) a proposé un modèle de prédiction du PT en hydrocraquage à partir des propriétés de base :In his thesis, JJ. Da Costa (2017) (Molecular understanding and prediction of physicochemical properties in petroleum products) proposed a model for predicting PT in hydrocracking from basic properties:
- le taux de conversion X370,- the conversion rate X 370 ,
- la température T95obtenue par DS,- the temperature T 95 obtained by DS,
- la teneur en azote contenu dans la charge distillat sous vide d’origine.- the nitrogen content contained in the original vacuum distillate charge.
Deux modèles ont été développés :Two models have been developed:
- Un modèle de régression linéaire- A linear regression model
- Un modèle par Krigeage (J. J. Da Costa, F. Chainet, Compréhension moléculaire et prédiction des propriétés physicochimiques dans les produits pétroliers, B. Celse, M. Lacoue-Nègre, C. Ruckebusch, and D. Espinat, Energy & Fuels 2018 32 (4), 5623-5634)- A Kriging model (J. J. Da Costa, F. Chainet, Molecular understanding and prediction of physicochemical properties in petroleum products, B. Celse, M. Lacoue-Nègre, C. Ruckebusch, and D. Espinat, Energy & Fuels 2018 32 (4), 5623-5634)
La prédiction par ces modèles mentionnés ci-dessus est relativement bonne mais l’inconvénient est que la corrélation n’est valable que pour l’hydrocraquage conventionnel (sans co-traitement avec des charges lipidiques).The prediction by these above-mentioned models is relatively good but the drawback is that the correlation is only valid for conventional hydrocracking (without co-treatment with lipid feedstocks).
La demanderesse a démontré de façon surprenante que, lors de co-traitement des charges biologiques avec des charges fossiles dans les procédés d’hydrotraitement ou d’hydroconversion, les propriétés à froid des fractions kérosène et diesel sont gouvernées par la teneur en normales paraffines générées par les charges biologiques.The applicant has surprisingly demonstrated that, during co-treatment of biological feedstocks with fossil feedstocks in hydrotreatment or hydroconversion processes, the cold properties of the kerosene and diesel fractions are governed by the content of normal paraffins generated by the biological feedstocks.
Les travaux de la demanderesse montrent que le FP est directement relié à la teneur en normales paraffines plus longues dans la coupe kérosène et plus précisément en nC16 dans le cadre du co-traitement avec des charges lipidiques. Quels que soient les procédés d’hydroconversion, quelles que soient les charges et quelles que soient les conditions opératoires, la corrélation du FP du kérosène avec la teneur en nC16 dans la coupe est unique et le FP peut être calculé selon une équation particulière.The applicant's work shows that the FP is directly related to the content of longer normal paraffins in the kerosene cut and more precisely to nC16 in the context of co-treatment with lipid feedstocks. Whatever the hydroconversion processes, whatever the feedstocks and whatever the operating conditions, the correlation of the FP of kerosene with the nC16 content in the cut is unique and the FP can be calculated according to a particular equation.
Les travaux de la demanderesse montrent également que le PT du diesel est directement relié à la teneur en nC18 dans le diesel. Quels que soient les procédés d’hydroconversion, quelles que soient les charges et quelles que soient les conditions opératoires, la corrélation du PT du diesel avec la teneur en nC18 dans la coupe est unique tandis que la quantité de nC18 est majoritaire et le PT peut être calculé selon une équation particulière.The applicant's work also shows that the PT of diesel is directly related to the nC18 content in the diesel. Whatever the hydroconversion processes, whatever the loads and whatever the operating conditions, the correlation of the PT of diesel with the nC18 content in the cut is unique while the amount of nC18 is in the majority and the PT can be calculated according to a particular equation.
De manière inattendue, ces corrélations sont uniques pour différents types de procédé et différents types de charge à iso point de coupe.Unexpectedly, these correlations are unique for different process types and different load types at iso cut point.
Ceci permet aux raffineurs et/ou aux opérateurs de piloter les installations sans réaliser des mesures directes de FP ou de PT et sans réaliser la distillation des effluents.This allows refiners and/or operators to control the installations without carrying out direct measurements of FP or PT and without carrying out distillation of the effluents.
La présente invention concerne une méthode analytique de détermination des propriétés à froid d’une coupe hydrocarbonée comprenant en partie des composés issus de matière renouvelable, et comprenant une fraction diesel et/ou kérosène, ladite méthode comprenant les étapes suivantes :The present invention relates to an analytical method for determining the cold properties of a hydrocarbon cut partly comprising compounds derived from renewable material, and comprising a diesel and/or kerosene fraction, said method comprising the following steps:
a) Mesure d’une Distillation Simulée (DS) de la coupe hydrocarbonée par la méthode ASTM D2887 ;a) Measurement of a Simulated Distillation (SD) of the hydrocarbon cut by the ASTM D2887 method;
b) Calcul du rendement de la fraction diesel et/ou kérosène dans la coupe hydrocarbonée à l’aide du résultat de la Distillation Simulée ;b) Calculation of the yield of the diesel and/or kerosene fraction in the hydrocarbon cut using the result of the Simulated Distillation;
c) Calcul de la teneur en nC18 et/ou en nC16 dans la coupe hydrocarbonée via l’intégration des pics du chromatogramme obtenu par la Distillation Simulée ;c) Calculation of the nC18 and/or nC16 content in the hydrocarbon cut via the integration of the peaks of the chromatogram obtained by Simulated Distillation;
d) Calcul de la teneur en nC18 et/ou en nC16 dans la fraction diesel et/ou kérosène à l’aide des résultats des étapes b) et c) ;(d) Calculation of the nC18 and/or nC16 content in the diesel and/or kerosene fraction using the results of steps (b) and (c);
e) Calcul du point de trouble (PT) et/ou du point de disparition des cristaux (FP) à partir des équations suivantes :
e) Calculation of the cloud point (CP) and/or the crystal disappearance point (CP) from the following equations:
avec xw,nC18la teneur en nC18 dans la fraction diesel ;
with x w,nC18 the nC18 content in the diesel fraction;
avec xw,nC16la teneur en nC16 dans la fraction kérosène.with x w,nC16 the nC16 content in the kerosene fraction.
Cette méthode analytique simplifiée, robuste et facilement accessible pour les raffineurs et les chercheurs scientifiques du domaine de raffinage et de biomasse, permet d’obtenir rapidement des analyses de propriétés d’écoulement à froid des fractions diesel et kérosène. Elle permet de suivre ces propriétés d’écoulement à froid sans nécessité de faire une distillation et sans nécessité de faire les mesures physiques du point de trouble et du point de disparition des cristaux.This simplified, robust and easily accessible analytical method for refiners and scientific researchers in the refining and biomass field, allows to quickly obtain cold flow property analyses of diesel and kerosene fractions. It allows to follow these cold flow properties without the need for distillation and without the need for physical measurements of the cloud point and the crystal disappearance point.
Cette méthode analytique permet donc de piloter rapidement les paramètres des procédés de traitement de charges hydrocarbonées tout en veillant à contrôler les propriétés des carburants.This analytical method therefore makes it possible to quickly control the parameters of hydrocarbon feedstock treatment processes while ensuring that the properties of the fuels are controlled.
Cette invention peut être appliquée pour le pilotage des unités industrielles ou laboratoires, pour les procédés de raffinage (tels que l’hydrotraitement, l’hydrocraquage, l’hydroisomérisation, l’hydroconversion) utilisant des charges issues de matières renouvelables (telles que les huiles végétales et les graisses animales et les graisses de poisson) en mélange avec des charges pétrolières.This invention can be applied for the control of industrial or laboratory units, for refining processes (such as hydrotreatment, hydrocracking, hydroisomerization, hydroconversion) using feedstocks from renewable materials (such as vegetable oils and animal fats and fish fats) mixed with petroleum feedstocks.
Selon la présente invention, l’expression « compris entre … et … » et « entre …. et … » sont équivalentes et signifient que les valeurs limites de l’intervalle sont incluses dans la gamme de valeurs décrite. Si tel n’est pas le cas et que les valeurs limites ne sont pas incluses dans la gamme décrite, une telle précision sera apportée par la présente invention.According to the present invention, the expression "between ... and ..." and "between ... and ..." are equivalent and mean that the limit values of the interval are included in the range of values described. If this is not the case and the limit values are not included in the range described, such precision will be provided by the present invention.
Dans le sens de la présente invention, les différentes plages de paramètres pour une étape donnée telles que les plages de pression et les plages de température peuvent être utilisées seules ou en combinaison. Par exemple, dans le sens de la présente invention, une plage de valeurs préférées de pression peut être combinée avec une plage de valeurs de température plus préférée.For the purposes of the present invention, the different parameter ranges for a given step such as pressure ranges and temperature ranges may be used alone or in combination. For example, for the purposes of the present invention, a preferred pressure value range may be combined with a more preferred temperature value range.
Dans la suite, des modes de réalisation particuliers de l’invention peuvent être décrits. Ils pourront être mis en œuvre séparément ou combinés entre eux, sans limitation de combinaisons lorsque c’est techniquement réalisable.In the following, particular embodiments of the invention may be described. They may be implemented separately or combined with each other, without limitation of combinations when this is technically feasible.
Coupe hydrocarbonéeHydrocarbon cut
La présente invention concerne une méthode analytique de détermination des propriétés à froid d’une coupe hydrocarbonée comprenant en partie des composés issus de matière renouvelable, et comprenant une fraction diesel et/ou kérosène.The present invention relates to an analytical method for determining the cold properties of a hydrocarbon cut partly comprising compounds derived from renewable material, and comprising a diesel and/or kerosene fraction.
Avantageusement, la coupe hydrocarbonée possède une température d’ébullition initiale supérieure à 100°C et une température d’ébullition finale inférieure à 420°C selon la méthode de distillation simulée ASTM D2887, de préférence une température d’ébullition initiale supérieure à 120°C et une température d’ébullition finale inférieure à 400°C selon la méthode de distillation simulée ASTM D2887.Advantageously, the hydrocarbon fraction has an initial boiling temperature greater than 100°C and a final boiling temperature less than 420°C according to the simulated distillation method ASTM D2887, preferably an initial boiling temperature greater than 120°C and a final boiling temperature less than 400°C according to the simulated distillation method ASTM D2887.
Avantageusement, la coupe hydrocarbonée est obtenue à partir de procédés de raffinage tels que l’hydrotraitement, l’hydrocraquage, l’hydroisomérisation, l’hydroconversion, utilisant des charges issues de matières renouvelables en mélange avec des charges pétrolières fossiles avec au moins 1% en poids de charges issues de matières renouvelables. Ces charges sont détaillées ci-après :Advantageously, the hydrocarbon fraction is obtained from refining processes such as hydrotreatment, hydrocracking, hydroisomerization, hydroconversion, using feedstocks from renewable materials mixed with fossil oil feedstocks with at least 1% by weight of feedstocks from renewable materials. These feedstocks are detailed below:
- Les charges issues de matières renouvelables utilisables dans les procédés de raffinage sont choisies parmi des huiles végétales, des graisses animales, des graisses de poisson, des effluents issus de la conversion Fischer-Tropsch riches en composés paraffiniques, ou un mélange de celles-ci.- The feedstocks from renewable materials that can be used in refining processes are chosen from vegetable oils, animal fats, fish fats, effluents from Fischer-Tropsch conversion rich in paraffinic compounds, or a mixture of these.
- Les charges pétrolières fossiles utilisables dans les procédés de raffinage sont des charges ayant une température d’ébullition initiale supérieure ou égale à 120°C et une température d’ébullition finale inférieure ou égale à 600°C, de préférence des charges pétrolières comprenant des composés bouillants entre 150 et 550°C selon la méthode de distillation simulée ASTM D2887. Les charges peuvent aller d’une coupe type kérosène jusqu’à une coupe de type distillat sous vide.- Fossil petroleum feedstocks usable in refining processes are feedstocks having an initial boiling point greater than or equal to 120°C and a final boiling point less than or equal to 600°C, preferably petroleum feedstocks comprising compounds boiling between 150 and 550°C according to the ASTM D2887 simulated distillation method. The feedstocks can range from a kerosene-type cut to a vacuum distillate-type cut.
Avantageusement, la coupe hydrocarbonée peut également être obtenue à partir de mélanges de fractions issues des charges pétrolières fossiles décrites ci-dessus avec des effluents issus de procédés de conversion de charge issues de matières renouvelables mentionnées ci-dessus.Advantageously, the hydrocarbon cut can also be obtained from mixtures of fractions from the fossil petroleum feedstocks described above with effluents from feedstock conversion processes from renewable materials mentioned above.
Les corrélations du point de disparition de cristaux (FP) et/ou du point de trouble (PT) en fonction de la teneur en normale paraffine nC16 et nC18 sont toutes valables pour les fractions kérosène et diesel sans distinction de ces deux types de fractions.The correlations of the crystal disappearance point (CP) and/or the cloud point (CP) as a function of the normal paraffin content nC16 and nC18 are all valid for the kerosene and diesel fractions without distinction between these two types of fractions.
Etape a) de mesure de distillation simuléeStep a) of simulated distillation measurement
La méthode analytique selon la présente invention comprend une étape a) de mesure d’une DS de la coupe hydrocarbonée par la méthode ASTM D2887.The analytical method according to the present invention comprises a step a) of measuring a DS of the hydrocarbon cut by the ASTM D2887 method.
La méthode ASTM D2887 est une méthode par chromatographie en phase gazeuse (CPG) avec un détecteur à ionisation de flamme (FID). L'échantillon, dilué dans du disulfure de carbone (CS2), est injecté dans un chromatographe en phase gazeuse équipé d'un injecteur « on-column » et d'une colonne capillaire métallique avec une phase stationnaire non polaire. Les composés sont élués avec l'hélium comme gaz vecteur en fonction de leur point d'ébullition et détectés avec un détecteur à ionisation de flamme. Le signal du détecteur est traité par un ordinateur équipé d'un logiciel d'acquisition et l’on obtient un chromatogramme. La température d'ébullition correspondante à chaque % m/m de produit élué est calculée à partir d'une courbe de calibration (
Etape b) de calcul du rendement de la fraction diesel et/ou kérosèneStep b) Calculation of the yield of the diesel and/or kerosene fraction
La méthode analytique selon la présente invention comprend une étape b) de calcul du rendement de la fraction diesel et/ou kérosène dans la coupe hydrocarbonée à l’aide du résultat de la DS.The analytical method according to the present invention comprises a step b) of calculating the yield of the diesel and/or kerosene fraction in the hydrocarbon cut using the result of the DS.
On entend par « fraction kérosène », une fraction comprenant des composés hydrocarbonés bouillant de 150°C à 280°C.“Kerosene fraction” means a fraction comprising hydrocarbon compounds boiling at 150°C to 280°C.
On entend par fraction « diesel », une fraction comprenant des composés hydrocarbonés bouillant de 250°C à 370°C.The term “diesel” fraction means a fraction comprising hydrocarbon compounds boiling at 250°C to 370°C.
On entend donc par « rendement de la fraction diesel et/ou kérosène », le pourcentage poids de composés hydrocarbonés bouillant de 250°C à 370°C et/ou de composés hydrocarbonés bouillant de 150°C à 280°C au sein de la coupe hydrocarbonée, par rapport au poids total de la coupe hydrocarbonée.The term “yield of the diesel and/or kerosene fraction” therefore means the weight percentage of hydrocarbon compounds boiling at 250°C to 370°C and/or hydrocarbon compounds boiling at 150°C to 280°C within the hydrocarbon cut, relative to the total weight of the hydrocarbon cut.
Le rendement de la fraction diesel et ou kérosène est avantageusement calculé à l’aide de la courbe de DS intégrée (
Etape c) de calcul de la teneur en nC18 et/ou en nC16 dans la coupe hydrocarbonéeStep c) of calculation of the nC18 and/or nC16 content in the hydrocarbon fraction
La méthode analytique selon la présente invention comprend une étape c) de calcul de la teneur en nC18 et/ou en nC16 dans la coupe hydrocarbonée via l’intégration des pics du chromatogramme obtenu par la DS.The analytical method according to the present invention comprises a step c) of calculating the nC18 and/or nC16 content in the hydrocarbon cut via the integration of the peaks of the chromatogram obtained by the DS.
Avantageusement, la teneur en nC18 et/ou en nC16 dans la coupe hydrocarbonée est calculée par intégration vallée-à-vallée des pics du chromatogramme qui correspondent au n-hexadécane et au n-octadécane (
Etape d) de calcul de la teneur en nC18 et/ou en nC16 dans la fraction diesel et/ou kérosèneStep d) calculation of the nC18 and/or nC16 content in the diesel and/or kerosene fraction
La méthode analytique selon la présente invention comprend une étape d) de calcul de la teneur en nC18 et/ou en nC16 dans la fraction diesel et/ou kérosène à l’aide des résultats des étapes b) et c).The analytical method according to the present invention comprises a step d) of calculating the nC18 and/or nC16 content in the diesel and/or kerosene fraction using the results of steps b) and c).
La normale paraffine nC16 possède une température d’ébullition de 287°C. En fonction de la qualité de fractionnement de la charge hydrocarbonée, une partie de nC16 est entrainée dans la fraction kérosène comprenant des composés hydrocarbonés bouillant de 150°C à 280°C du fait d’un recoupement.Normal paraffin nC16 has a boiling point of 287°C. Depending on the quality of fractionation of the hydrocarbon feedstock, a portion of nC16 is carried over into the kerosene fraction comprising hydrocarbon compounds boiling at 150°C to 280°C due to cross-referencing.
Le pourcentage de nC16 entrainés dans la fraction kérosène est avantageusement calculé à l’aide d’une fonction d’efficacité, variant de 0 à 1, dérivé de l’équation de Fenske de la manière suivante :
The percentage of nC16 entrained in the kerosene fraction is advantageously calculated using an efficiency function, varying from 0 to 1, derived from the Fenske equation as follows:
Avec :With :
XnC16: Le pourcentage de nC16 entraînée dans la fraction kérosèneX nC16 : The percentage of nC16 entrained in the kerosene fraction
Tcoupe: Température, en Kelvin, du point de coupe final de la fraction kérosèneT cut : Temperature, in Kelvin, of the final cutting point of the kerosene fraction
Teb,nC16: Température d’ébullition de la normale paraffine nC16T eb,nC16 : Boiling temperature of normal paraffin nC16
NFe: nombre de Fenske équivalent au nombre de plateaux théoriques d’une colonne de distillation avec un fonctionnement à reflux totalN Fe : Fenske number equivalent to the number of theoretical plates of a distillation column with total reflux operation
Par exemple pour un nombre Fenske de 12,4 et une fraction kérosène 150-280°C la fraction de nC16 entrainée dans la fraction kérosène est de 0,16.For example, for a Fenske number of 12.4 and a kerosene fraction of 150-280°C, the fraction of nC16 entrained in the kerosene fraction is 0.16.
De préférence, la teneur en nC16 dans la fraction kérosène est déterminée à l’aide de l’équation suivante :
Preferably, the nC16 content in the kerosene fraction is determined using the following equation:
Avec X le pourcentage de nC16 entrainé dans la fraction kérosène.With X the percentage of nC16 entrained in the kerosene fraction.
Quant à la fraction diesel comprenant des composés hydrocarbonés bouillant de 250°C à 370°C, 100% de normale paraffine nC18 (dont la température d’ébullition est de 317°C) est contenue dans la fraction diesel.As for the diesel fraction comprising hydrocarbon compounds boiling at 250°C to 370°C, 100% of normal paraffin nC18 (whose boiling temperature is 317°C) is contained in the diesel fraction.
De préférence, la teneur en nC18 dans la fraction diesel est déterminée à l’aide de l’équation suivante :
Preferably, the nC18 content in the diesel fraction is determined using the following equation:
Etape e) de calcul du PT et /ou du FPStep e) of calculating the PT and/or the FP
La méthode analytique selon la présente invention comprend une étape e) de calcul du PT et /ou du FP à partir des équations suivantes :
The analytical method according to the present invention comprises a step e) of calculating the PT and/or the FP from the following equations:
avec xw,nC18la teneur en n-octadécane dans la fraction diesel ;
with x w,nC18 the n-octadecane content in the diesel fraction;
avec xw,nC16la teneur en n-hexadécane dans la fraction kérosène.with x w,nC16 the n-hexadecane content in the kerosene fraction.
Par exemple pour une fraction diesel contenant 4% en poids de nC18, la valeur xw,nC18est 0,04.For example, for a diesel fraction containing 4% by weight of nC18, the value x w,nC18 is 0.04.
La
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Les échantillons de coupes hydrocarbonées sont obtenus à partir de différents types de procédés : hydrotraitement, hydrocraquage et hydroconversion, avec des différentes charges telles que : mélanges de gazole avec des charges lipidiques, mélanges de distillat sous vide avec des charges lipidiques, des charges lipidiques seules et des charges fossiles seules.The hydrocarbon cut samples are obtained from different types of processes: hydrotreatment, hydrocracking and hydroconversion, with different feedstocks such as: diesel fuel mixtures with lipid feedstocks, vacuum distillate mixtures with lipid feedstocks, lipid feedstocks alone and fossil feedstocks alone.
Les figures montrent que le FP de kérosène est bien corrélé avec la teneur en nC16 et le PT de diesel est bien corrélé avec la teneur en nC18 quels que soient le type de procédé et le type de charges selon les équations de l’étape e) de la méthode analytique selon la présente invention.The figures show that the kerosene FP is well correlated with the nC16 content and the diesel PT is well correlated with the nC18 content regardless of the type of process and the type of feedstocks according to the equations of step e) of the analytical method according to the present invention.
La
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Les exemples ci-dessous présentent l’utilisation de la méthode analytique selon l’invention, comparée avec l’utilisation de la corrélation donnée par la méthode Da Costa selon l’art antérieur pour prédire le point de trouble et le point de disparition de cristaux des fractions diesel et kérosène, respectivement, pour 4 échantillons ci-dessous issus de différentes charges et de différents procédés. Ces deux méthodes sont comparées avec les valeurs de mesure expérimentale, qui sont des analyses de FP et PT des fractions kérosène et diesel obtenues par distillation de l’effluent liquide total.The examples below show the use of the analytical method according to the invention, compared with the use of the correlation given by the Da Costa method according to the prior art to predict the cloud point and the crystal disappearance point of the diesel and kerosene fractions, respectively, for 4 samples below from different feeds and different processes. These two methods are compared with the experimental measurement values, which are FP and PT analyses of the kerosene and diesel fractions obtained by distillation of the total liquid effluent.
Echantillon 1 : Effluent obtenu à la suite d’un procédé d’hydrotraitement d’une charge diesel fossile comprenant des composés ayant un point d’ébullition compris entre 150 et 370°C mélangé avec 30% d’huile de colza, pour la production de diesel à basse teneur en soufre, sur un catalyseur d’hydrotraitement NiMo/Al2O3.Sample 1: Effluent obtained following a hydrotreatment process of a fossil diesel feedstock comprising compounds having a boiling point between 150 and 370°C mixed with 30% rapeseed oil, for the production of low sulfur diesel, on a NiMo/Al 2 O 3 hydrotreatment catalyst.
Echantillon 2 : Effluent obtenu à la suite d’un procédé d’hydrotraitement d’une charge de distillat sous vide fossile comprenant des composés ayant un point d’ébullition compris entre 370 et 540°C mélangée avec 10% de graisse animale, sur un catalyseur d’hydrotraitement NiMo/Al2O3, à pression élevée. Ce procédé est un prétraitement avant l’étape de craquage catalytique, qui a pour l’objectif de la production des produits légers (GPL, essence et kérosène) à basse teneur en soufre.Sample 2: Effluent obtained following a hydrotreatment process of a fossil vacuum distillate feedstock comprising compounds with a boiling point between 370 and 540°C mixed with 10% animal fat, on a NiMo/Al 2 O 3 hydrotreatment catalyst, at high pressure. This process is a pretreatment before the catalytic cracking step, which has the objective of producing light products (LPG, gasoline and kerosene) with a low sulfur content.
Echantillon 3 : Effluent obtenu à la suite d’un procédé de traitement d’une charge de distillat sous vide fossile comprenant des composés ayant un point d’ébullition compris entre 370 et 540°C mélangée avec 20% de graisse animale, ledit traitement comprenant un enchainement d’une étape d’hydrotraitement (sur catalyseur NiMo/Al2O3) suivi par une étape d’hydrocraquage (sur catalyseur zéolitique NiMo/zéolite). Ce procédé a pour objectif la production de distillats moyens (diesel et kérosène) de haute qualité.Sample 3: Effluent obtained following a process for treating a fossil vacuum distillate feedstock comprising compounds having a boiling point between 370 and 540°C mixed with 20% animal fat, said treatment comprising a sequence of a hydrotreatment step (on NiMo/Al catalyst)2O3) followed by a hydrocracking step (on NiMo/zeolite zeolite catalyst). This process aims to produce high-quality middle distillates (diesel and kerosene).
Echantillon 4 : Effluent obtenu à la suite d’un procédé de traitement d’une charge de distillat sous vide fossile comprenant des composés ayant un point d’ébullition compris entre 370 et 540°C mélangée avec 20% de graisse animale, ledit traitement comprenant d’une étape d’hydrotraitement (sur catalyseur NiMo/Al2O3) suivi par une étape d’hydrocraquage (sur catalyseur zéolitique NiMo/zéolite), et suivi par une étape de déparaffinage sur un catalyseur de déparaffinage industriellement commercialisé (catalyseur NiO supporté sur une zéolite ZSM-5). Ce procédé a pour objectif la production de distillats moyens (diesel et kérosène) de haute qualité, dans lesquels la coupe diesel est déparaffinée pour respecter la spécification de propriété à froid de diesel d’hiver (point de trouble inférieur ou égale à -5°C).
Sample 4: Effluent obtained following a process for treating a fossil vacuum distillate feedstock comprising compounds having a boiling point between 370 and 540°C mixed with 20% animal fat, said treatment comprising a hydrotreatment step (on NiMo/Al catalyst)2O3) followed by a hydrocracking step (on NiMo/zeolite zeolite catalyst), and followed by a dewaxing step on an industrially commercialized dewaxing catalyst (NiO catalyst supported on a ZSM-5 zeolite). The objective of this process is the production of high-quality middle distillates (diesel and kerosene), in which the diesel cut is dewaxed to meet the cold property specification of winter diesel (cloud point less than or equal to -5°C).
Exemple 1 :Prédiction du PT et du FP par la méthode analytique selon l’invention Example 1 : Prediction of PT and FP by the analytical method according to the invention
Pour chaque échantillons 1, 2, 3 et 4, la méthode d’analyse selon l’invention (étapes a) à e)) est utilisée pour prédire le PT des fractions diesel et le FP des fractions kérosène issues différents procédés. Le nombre de Fenske utilisé pour calculer le pourcentage de nC16 entrainés dans la fraction kérosène est de 12,4.For each sample 1, 2, 3 and 4, the analysis method according to the invention (steps a) to e)) is used to predict the PT of the diesel fractions and the FP of the kerosene fractions from different processes. The Fenske number used to calculate the percentage of nC16 entrained in the kerosene fraction is 12.4.
Le Tableau 1 présente les valeurs des teneurs en nC16 et nC18 dans les effluents liquides totaux, dans les fractions kérosène et diesel, et le FP de kérosène et le PT de diesel obtenus par la méthode analytique selon l’invention.Table 1 shows the values of nC16 and nC18 contents in the total liquid effluents, in the kerosene and diesel fractions, and the kerosene FP and diesel PT obtained by the analytical method according to the invention.
Exemple 2 ( comparatif ) :Prédiction FP de kérosène et du PT de diesel par la méthode selon l’art antérieur Da Costa. Example 2 ( comparative ) :Kerosene FP and diesel PT prediction by the prior art Da Costa method.
Selon l’étude effectuée par Da Costa, le FP de kérosène et le PT de diesel sont corrélés avec les propriétés des charges et des conditions opératoires des procédés d’hydrotraitement et d’hydrocraquage. Ces corrélations ont été construites à partir des données expérimentales obtenues dans les tests pilotes et dans les unités d’hydrotraitement et d’hydrocraquage industrielles.According to the study carried out by Da Costa, the FP of kerosene and the PT of diesel are correlated with the properties of the feedstocks and the operating conditions of the hydrotreatment and hydrocracking processes. These correlations were constructed from the experimental data obtained in the pilot tests and in the industrial hydrotreatment and hydrocracking units.
Le FP de kérosène est estimé par la corrélation ci-dessous :
The FP of kerosene is estimated by the correlation below:
avec :with :
d154charge: densité à 15°C de la charge entrée du procédé (g/ml)d154 charge : density at 15°C of the charge entering the process (g/ml)
DS50charge: température à 50% distillé de la charge selon la distillation simulée (°C)DS50 charge : temperature at 50% distilled from the charge according to simulated distillation (°C)
DS95charge: température à 95% distillé de la charge selon la distillation simulée (°C)DS95 charge : temperature at 95% distilled from the charge according to simulated distillation (°C)
HDN : le taux d’élimination des composés azotés en sortie de l’étape d’hydrotraitement (%)HDN: the rate of elimination of nitrogen compounds at the outlet of the hydrotreatment stage (%)
DS05kero: température à 5% distillé de la fraction kérosène selon la distillation simulée (°C)DS05 kero : temperature at 5% distilled from the kerosene fraction according to the simulated distillation (°C)
DS50kero: température à 50% distillé de la fraction kérosène selon la distillation simulée (°C)DS50 kero : temperature at 50% distilled kerosene fraction according to simulated distillation (°C)
DS95kero: température à 95% distillé de la fraction kérosène selon la distillation simulée (°C)DS95 kero : temperature at 95% distilled kerosene fraction according to simulated distillation (°C)
ppH2 : pression partielle d’hydrogène en sortie du procédé (bars)ppH2: partial pressure of hydrogen at the process outlet (bars)
X370: conversion de la fraction comprenant des composés bouillant au-delà de 370°C (%)X 370 : conversion of the fraction comprising compounds boiling above 370°C (%)
Et avec a1, a2, …, a10 sont des paramètres obtenus par la modélisation des données :And with a1, a2, …, a10 are parameters obtained by data modeling:
a1 = -36,97a1 = -36.97
a2 = -151,19a2 = -151.19
a3 = 0,061a3 = 0.061
a4 = -0,0082a4 = -0.0082
a5 = -0,097a5 = -0.097
a6 = -0,045a6 = -0.045
a7 = 0,024a7 = 0.024
a8 = 0,366a8 = 0.366
a9 = 0,045a9 = 0.045
a10 = -0,042a10 = -0.042
Le PT de diesel est estimé par la corrélation ci-dessous :
The diesel PT is estimated by the correlation below:
avec :with :
X370: conversion de la fraction comprenant des composés bouillant au-delà de 370°C (%)X 370 : conversion of the fraction comprising compounds boiling above 370°C (%)
[N]charge: la teneur en azote totale dans la charge entrée du procédé (ppm)[N] charge : the total nitrogen content in the process input charge (ppm)
DS95diesel: température à 95% distillé de la fraction diesel selon la distillation simulée (°C)DS95 diesel : temperature at 95% distilled from the diesel fraction according to simulated distillation (°C)
Et avec b1, b2, b3 et b4 sont des constants obtenus par la modélisation des données :And with b1, b2, b3 and b4 are constants obtained by data modeling:
b1 = 142,47b1 = 142.47
b2 = -0,276b2 = -0.276
b3 = 0,009b3 = 0.009
b4 = 0,335b4 = 0.335
Le Tableau présente les propriétés des charges et des conditions opératoires permettant d’estimer le FP de kérosène et le PT de diesel par la méthode comparative selon l’art antérieur Da Costa.The Table presents the properties of the loads and the operating conditions allowing to estimate the FP of kerosene and the PT of diesel by the comparative method according to the prior art Da Costa.
Les valeurs de référence sont le FP de kérosène et le PT de diesel mesurés, c’est-à-dire que les effluents liquides totaux ont été distillés pour récupérer les fractions kérosène et diesel. Le FP de kérosène est mesuré selon la méthode standard ASTM D5972 et le PT de diesel est mesuré selon la méthode standard ISO 3015.The reference values are the measured kerosene FP and diesel PT, i.e. the total liquid effluents were distilled to recover the kerosene and diesel fractions. The kerosene FP is measured according to the ASTM D5972 standard method and the diesel PT is measured according to the ISO 3015 standard method.
Conclusion : Les résultats (Tableau 1 ci-dessous) montrent que le FP et le PT obtenus par la méthode analytique de l’invention sont très proches des valeurs expérimentalement mesurées. A l’inverse, le FP et le PT prédits par la méthode comparative selon l’art antérieur Da Costa sont très loin des valeurs expérimentales. La méthode analytique selon l’invention peut donc être utilisable pour obtenir très rapidement le FP et le PT de manière fiable sans besoin de distillation des effluents liquide totaux issus de procédés de raffinage de charges hydrocarbonées comprenant en partie des composés issus de matière renouvelable.Conclusion: The results (Table 1 below) show that the FP and PT obtained by the analytical method of the invention are very close to the experimentally measured values. Conversely, the FP and PT predicted by the comparative method according to the prior art Da Costa are very far from the experimental values. The analytical method according to the invention can therefore be used to very quickly obtain the FP and PT reliably without the need for distillation of the total liquid effluents from hydrocarbon feedstock refining processes partly comprising compounds from renewable material.
(HDT = Hydrotraitement ; HCK = Hydrocraquage ; DSV = Distillat sous vide ; HDW = Hydrodéparaffinage ou hydrodewaxing en anglais)(HDT = Hydrotreatment; HCK = Hydrocracking; DSV = Vacuum Distillate; HDW = Hydrodewaxing)
Claims (5)
a) Mesure d’une Distillation Simulée de la coupe hydrocarbonée par la méthode ASTM D2887 ;
b) Calcul du rendement de la fraction diesel et/ou kérosène dans la coupe hydrocarbonée à l’aide du résultat de la Distillation Simulée ;
c) Calcul de la teneur en nC18 et/ou en nC16 dans la coupe hydrocarbonée via l’intégration des pics du chromatogramme obtenu par la Distillation Simulée ;
d) Calcul de la teneur en nC18 et/ou en nC16 dans la fraction diesel et/ou kérosène à l’aide des résultats des étapes b) et c) ;
e) Calcul du point de trouble et /ou du point de disparition des cristaux à partir des équations suivantes :
avec xw,nC18la teneur en nC18 dans la fraction diesel ;
avec xw,nC16la teneur en nC16 dans la fraction kérosène.Analytical method for determining the cold properties of a hydrocarbon fraction partly comprising compounds derived from renewable material, and comprising a diesel and/or kerosene fraction, said method comprising the following steps:
a) Measurement of a Simulated Distillation of the hydrocarbon cut by the ASTM D2887 method;
b) Calculation of the yield of the diesel and/or kerosene fraction in the hydrocarbon cut using the result of the Simulated Distillation;
c) Calculation of the nC18 and/or nC16 content in the hydrocarbon cut via the integration of the peaks of the chromatogram obtained by Simulated Distillation;
(d) Calculation of the nC18 and/or nC16 content in the diesel and/or kerosene fraction using the results of steps (b) and (c);
e) Calculation of the cloud point and/or disappearance point of the crystals from the following equations:
with x w,nC18 the nC18 content in the diesel fraction;
with x w,nC16 the nC16 content in the kerosene fraction.
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