Kinetic Modeling of Vacuum Gas Oil Hydrotreatment using a Molecular Reconstruction Approach

Vacuum Gas Oils (VGO) are heavy petroleum cuts (boiling points ranging from 350 to 550 ˚C) that can be transformed into valuable fuels (gasolines, diesels) by fluid catalytic cracking or hydrocracking. Prior to these conversion processes, hydrotreating is required in order to eliminate the impurities in VGOs. The hydrotreatment process enables to meet the environmental specifications (total sulfur contents) and to prevent nitrogen poisoning of conversion catalysts. In order to develop a kinetic model based on an accurate VGOs molecular description, innovative analytical tools and molecular reconstruction techniques were used in this work. A lumped model using a Langmuir-Hinshelwood representation was developed for hydrodearomatization, hydrodesulfurization and hydrodenitrogenation of the VGO. This lumped model was successfully applied to the experimental feed pretreatment data and was able to predict evolution of concentration of the aromatics, nitrogen and sulfur species. Les Distillats Sous Vide (DSV) sont des coupes pétrolières lourdes (gamme de températures d'ébullition 350 à 550 °C) qui peuvent être valorisées en carburants (essence, gazole) par craquage catalytique ou par hydrocraquage. Un hydrotraitement est requis avant ces procédés de conversion afin d'éliminer les impuretés du DSV. De cette manière, le procédé d'hydrotraitement permet d'attendre les spécifications environnementales (teneur en soufre) ainsi que de prévenir l'empoisonnement par les composés azotés des catalyseurs de conversion. De manière à pouvoir développer un modèle cinétique basé sur une description moléculaire précise des DSV, des outils analytiques innovant et des techniques de reconstruction moléculaire ont été utilisés dans ce travail. Un modèle cinétique de regroupement utilisant une représentation de type Langmuir-Hinshelwood a été développé pour l'hydrodésaromatisation, l'hydrodésulfuration et l'hydrodésazotation des DSV. Ce modèle de regroupement a été appliqué de manière satisfaisante à des données expérimentales de prétraitement de charge DSV et a été capable de prédire les évolutions de concentration des espèces aromatiques, azotées et soufrées.