BRPI0721012A2

BRPI0721012A2 - Método para gaseificação de baixa severidade de resíduo de petróleo pesado.

Info

Publication number: BRPI0721012A2
Application number: BRPI0721012-4A2A
Authority: BR
Inventors: Esteban Chornet; Aca Mincic; Martin Gagnon; Boris Valsecchi
Original assignee: En Afina Inc; Afina Energy Inc
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2014-07-29
Also published as: WO2008077233A1; CA2673340A1; CA2673340C; RU2009128198A; EP2094818A4; EP2094818A1; US9428706B2; US20100024300A1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: "MÉTODO PARA GASEIFICAÇÃO DE BAIXA SEVERIDADE DE RESÍDUO DE PETRÓLEO PESADO".

Campo da Invenção

A presente invenção se refere a um método para gaseificação de baixa severidade de resíduo de petróleo pesado. Mais especificamente, a presente invenção está relacionada à gaseificação de baixa severidade de coque de petróleo e resíduos ricos em asfaltênicos.

Antecedentes da Invenção

A atual produção de óleo pesado envolve o uso de grande quantidade de vapor de alta pressão injetado nas zonas geológicas onde o óleo pesado está fixado (por exemplo, em Drenagem por Gravidade Auxiliada por Vapor SAGD) . Durante o processo de extração, a temperatura na zona de injeção de vapor é aumentada, causando uma redução da viscosidade do óleo pesado. 0 óleo pesado então escoa para um coletor a partir do qual ele é bombeado para a superfície, onde é recuperado para o aperfeiçoamento in situ ou transportado para um aperfeiçoador (upgrader).

Aproximadamente, a entalpia contida em 1 barril (bbl) de óleo precisa ser consumida para produzir o vapor de modo a elevar 3 a 4 bbl de óleo pesado. O custo da extração de óleo pesado é então significativamente dependente do custo do vapor produzido.

0 vapor para tais operações pode ser produzido pela combustão de coque de petróleo, resíduos de vácuo, óleo pesado em si ou suas frações asfaltênicas uma vez separadas 5 do óleo. Entretanto, a presença de enxofre, nitrogênio e metais (V e Ni, por exemplo) nessas matérias-primas requer um tratamento extensivo da grande quantidade de gases combustíveis gerados durante a combustão para reduzir as emissões de particulados e poluentes até abaixo dos níveis 10 reguladores. A presença de vanádio também pode ser um problema para o refratário presente nas caldeiras usadas para a combustão, as quais tipicamente operam em altas temperaturas. De fato, em um meio oxidativo, V2O5 tende a se formar, cujo composto tem um ponto de fusão de 690°C, e 15 a criar prontamente depósitos nas paredes refratárias das caldeiras de combustão, o que causa problemas operacionais com tempo no vapor. Além disso, a combustão não permite uma recuperação fácil e econômica de CO2.

0 uso de gás natural constitui uma abordagem 20 alternativa para gerar o vapor requerido: caldeiras a gás são dispositivos compactos e menos caros do que as caldeiras para as matérias-primas anteriormente especificadas. Entretanto, o preço do gás natural está sujeito às flutuações do mercado, as quais inevitavelmente influenciam os custos da extração de óleo pesado.

Uma alternativa econômica para o próprio gás natural é a gaseificação. Existe uma vasta literatura sobre processos de gaseificação. Os processos de gaseificação em refinaria 5 de petróleo podem geralmente ser classificados em três amplas categorias em relação ao gaseificador usado, a saber:

(a) Gaseificação em leito fixo (também chamada de leito móvel);

(b) Gaseificação em leito fluidizado borbulhante; e (c) Gaseificação em leito arrastado/circulante.

Em relação à gaseificação de residuos de refinaria, os gaseificadores de leito arrastado são geralmente considerados os gaseificadores de escolha. Exemplos bem 15 conhecidos de tais gaseificadores comerciais incluem aqueles da Texaco, Dow (processo E-gas) ou Shell (Higman, C. e van der Burgt, M. (2003). Gasification. Burlington, MA, Gulf Professional Publishing, uma marca Elsevier, págs. 109-128). Eles envolvem elevadas temperaturas na zona 20 reacional, se aproximando dos 1500°C, para assegurar altas taxas de gaseificação resultando em pelo menos 98% de conversão de carbono. As altas temperaturas atingidas nesses gaseificadores os tornam adequados para a gaseificação de matérias-primas menos reativas, tais como coque de petróleo. Entretanto, tais altas temperaturas também implicam em custos operacionais altos e requerem grandes aumentos de escala de produção (de cerca de 100.000 bbl por dia e mais) para absorver os custos.

Uma configuração de leito fluidizado convencional

derivada do projeto de leito fluidizado de baixa severidade inicial de Winkler (Higman, C. e van der Burgt, M. (2003), id. págs. 101-104) foi originalmente projetada para a gaseificação de carvão. Tal configuração de baixa 10 severidade não foi considerada satisfatória para matrizes carbonáceas, tal como coque de petróleo, devido à baixa reatividade das estruturas de carbono presentes no coque de petróleo. A necessidade de severidades maiores levaram a uma versão de maior severidade do projeto de Winkler 15 (geralmente referido como o gaseificador de Winkler de Alta Temperatura, embora o desenvolvimento mais notório tenha sido o aumento da pressão) e, em última instância, aos leitos circulantes mais complexos e às configurações de leito arrastado.

Tem sido desejado por muito tempo na indústria de

petróleo que a gaseificação de matérias-primas derivadas de resíduos de petróleo pesado, as quais geralmente tem um conteúdo de enxofre um tanto alto, seja efetuada sob condições de baixa severidade, em outras palavras, abaixo de cerca de IOOO0C e abaixo de cerca de 10 atm, enquanto se garante um equilíbrio entre custos operacionais aceitáveis e taxas de conversão comercialmente satisfatórias. Entretanto, tal processo de gaseificação ainda tem que ser desenvolvido.

Portanto, permanece a necessidade de um método de baixo custo para produzir um gás de síntese a partir de uma matéria prima fracamente reativa e de baixo valor consistindo de resíduos de petróleo pesado contendo enxofre.

A presente descrição se refere a uma variedade de documentos, o conteúdo dos quais sendo aqui incorporado como referência em sua totalidade.

Sumário da Invenção A presente invenção geralmente se refere a um método

de oxidação parcial de baixa severidade (gaseificação) de resíduos de petróleo pesado contendo enxofre, o qual produz um gás de síntese bruto que, antes de qualquer etapa de condicionamento, compreende a maior parte dos componentes 20 de enxofre originalmente presentes na matéria-prima. O método de acordo com a invenção também produz um resíduo de petróleo sólido essencialmente dessulfurizado.

Mais especificamente, em uma modalidade particular, a presente invenção se refere a um método para a co-produção de um gás de síntese bruto contendo enxofre e de um resíduo sólido essencialmente dessulfurizado a partir de uma matéria-prima de resíduo de petróleo pesado contendo enxofre, compreendendo:

5 (a) fornecer uma matéria-prima particulada de resíduo de petróleo pesado contendo enxofre;

(b) alimentar um reator de gaseificação em leito fluidizado borbulhante com a matéria-prima e converter a matéria-prima em um gás de síntese bruto contendo enxofre através de uma 10 reação de oxidação parcial da matéria-prima na presença de água em uma temperatura de ou abaixo de cerca de IOOO0C e uma pressão de ou abaixo de cerca de 10 atm, deste modo também produzindo um resíduo sólido essencialmente dessulfurizado; e 15 (c) recuperar separadamente o resíduo sólido essencialmente dessulfurizado e o gás de síntese bruto contendo enxofre.

Em outra modalidade particular, a presente invenção se refere a um método para gaseificação de uma matéria-prima de resíduo de petróleo pesado contendo enxofre sob condições de baixa severidade, compreendendo:

(a) fornecer uma matéria-prima particulada de resíduo de petróleo pesado contendo enxofre;

(b) alimentar um reator de gaseificação em leito fluidizado borbulhante com a matéria-prima e converter a matéria-prima em um gás de síntese bruto contendo enxofre através de uma reação de oxidação parcial da matéria-prima na presença de água em uma temperatura de ou abaixo de cerca de IOOO0C e uma pressão de ou abaixo de cerca de 10 atm, deste modo deixando um resíduo sólido essencialmente dessulfurizado; e

(c) recuperar seletivamente o gás de síntese bruto contendo enxofre.

Em outra modalidade particular, a presente invenção se refere a um método para a co-produção de um gás de síntese 10 bruto contendo enxofre e de um resíduo sólido essencialmente dessulfurizado a partir de uma matéria-prima de resíduo de petróleo pesado contendo enxofre, compreendendo:

(a) alimentar um reator de gaseificação em leito fluidizado borbulhante com uma matéria-prima particulada de resíduo de

petróleo pesado contendo enxofre;

(b) converter a matéria-prima de resíduo de petróleo pesado contendo enxofre em um gás de síntese bruto contendo enxofre através de uma reação de oxidação parcial da

matéria-prima, a reação de oxidação parcial ocorrendo no reator de gaseificação em leito fluidizado borbulhante na presença de água e de um agente de oxidação parcial em uma temperatura de 1000oC ou menos e uma pressão de cerca de 10 atm ou menos, deste modo também produzindo um resíduo sólido essencialmente dessulfurizado; e

(c) recuperar separadamente o residuo sólido essencialmente dessulfurizado e o gás de síntese bruto contendo enxofre, em que todas as reações envolvidas no método de co5 produção, incluindo consumo de O2 como um oxidante a partir do agente de oxidação parcial, reações de reforma de vapor, reações carbono-vapor e reações de craqueamento, ocorrem no reator de gaseificação em leito fluidizado borbulhante a IOOO0C ou menos, juntamente com a reação de oxidação 10 parcial.

Em outra modalidade particular, a presente invenção se refere a um método para gaseificação de uma matériaprima de resíduo de petróleo pesado contendo enxofre sob condições de baixa severidade, compreendendo:

(a) alimentar um reator de gaseificação em leito fluidizado borbulhante com uma matéria-prima particulada de resíduo de petróleo pesado contendo enxofre;

(b) converter a matéria-prima de resíduo de petróleo pesado contendo enxofre em um gás de síntese bruto contendo 20 enxofre através de uma reação de oxidação parcial da matéria-prima, a reação de oxidação parcial ocorrendo no reator de gaseificação em leito fluidizado borbulhante na presença de água e de um agente de oxidação parcial em uma temperatura de IOOO0C ou menos e uma pressão de cerca de 10 atm ou menos, deste modo também produzindo um resíduo sólido essencialmente dessulfurizado; e

(c) recuperar seletivamente o gás de síntese bruto contendo enxofre,

em que todas as reações envolvidas no método de gaseificação, incluindo consumo de O2 como um oxidante a partir do agente de oxidação parcial, reações de reforma de vapor, reações carbono-vapor e reações de craqueamento, ocorrem no reator de gaseificação em leito fluidizado 10 borbulhante a IOOO0C ou menos, juntamente com a reação de oxidação parcial.

Outros objetos, vantagens e características da presente invenção se tornarão mais aparentes na leitura da seguinte descrição não-restritiva de suas modalidades específicas, dadas somente a título de exemplo com referência aos desenhos associados.

Breve Descrição dos Desenhos Nos desenhos associados:

- a Figura 1 é um gráfico mostrando um exemplo do padrão de conversão como uma função do diâmetro de partícula;

- a Figura 2 é um gráfico mostrando a composição do gás de síntese obtido pelo Teste 1;

- a Figura 3 é um gráfico mostrando a composição do gás de síntese obtido pelo Teste 2; e a Figura 4 é um fluxograma de processo para a gaseificação industrial de coque de petróleo e outros resíduos de petróleo pesado como no Exemplo 5.

Descrição de Modalidades Ilustrativas 5 Em termos gerais, a presente invenção se refere a um

método para a gaseificação de resíduos de petróleo pesado sob condições de baixa severidade.

Ainda em termos gerais, a partir de outro ponto de vista, a presente invenção se refere a um método para a co10 produção, sob condições de baixa severidade, de um gás de síntese bruto contendo enxofre e de um resíduo de petróleo sólido essencialmente dessulfurizado a partir de resíduo de petróleo pesado contendo enxofre.

Conforme aqui utilizado, ao se referir a um método de gaseificação, o termo "baixa severidade" significa que o método é operado em uma temperatura geralmente de ou abaixo de cerca de IOOO0C e em uma pressão geralmente de ou abaixo de cerca de 10 atmosferas (atm).

Conforme aqui utilizada, a expressão "resíduo de 20 petróleo pesado" engloba pelo menos coque de petróleo, asfaltenos e resíduos ricos em asfaltênicos. Ela também engloba resíduos de destilação atmosférica resultantes da destilação de óleo de petróleo bruto em ou próxima da pressão atmosférica, assim como resíduos de vácuo da destilação de petróleo a vácuo, isto é, as frações de óleo de petróleo que não destilam sob vácuo e que são produzidas como produtos de fundo.

Conforme aqui usado ao se referir a um resíduo de 5 petróleo pesado, o termo "particulado" significa que o resíduo é essencialmente composto de partículas, pequenas peças ou partes de um material passível de fluir, tal como um pó. Um resíduo particulado de petróleo pesado conforme aqui utilizado é adaptado para ser fluidizado em um leito 10 fluidizado borbulhante de um reator de gaseificação.

Conforme aqui utilizado ao se referir a um resíduo sólido resultante de um método de acordo com a presente invenção, o termo "essencialmente dessulfurizado" significa que o conteúdo de enxofre é menor do que cerca de 0,5% em peso (em base seca).

Conforme aqui utilizado ao se referir a um gás de síntese, o termo "baixo valor calorífico" geralmente designa gases com poder calorífico superior (HHV) em uma faixa compreendida entre cerca de 100 até cerca de 310 20 BTU/SCF (Unidade Térmica Britânica/ Pé Cúbico Padrão, o último considerado a 15°C, 1 atm), ou entre cerca de 3,7 até cerca de 11,5 MJ/Nm3.

Conforme aqui utilizado ao se referir a um gás de síntese, o termo "limpo" significa que o gás de síntese, quando da combustão, resulta em emissões atmosféricas de particulados, metais e orgânicos abaixo dos limites de emissão definidos por regulamentos ambientais.

Conforme aqui utilizado, ao se referir aos valores 5 numéricos ou porcentagens, o termo "cerca de" inclui variações devido aos métodos usados para determinar os valores ou porcentagens, variância estatística e erro humano. Além disso, cada parâmetro numérico na presente invenção deveria pelo menos ser interpretado à luz da 10 quantidade de algarismos significativos reportados e pela aplicação de técnicas de arredondamento comuns.

É totalmente contra-intuitivo minimizar as condições de severidade de gaseificação durante a gaseificação ao invés de matérias-primas inertes, tais como resíduos de 15 petróleo pesado quando, entretanto, se procura alcançar uma taxa de conversão de carbono aceitável e uma eficiência global de processo aceitável com custos operacionais razoáveis. De fato, baixas severidades tradicionalmente requerem períodos reacionais mais longos se elevadas taxas 20 de conversão de carbono em produtos gasosos forem almejadas. Isso geralmente resulta na necessidade por vasos grandes. Entretanto, a estratégia de baixa severidade da presente invenção é baseada em uma abordagem inovadora que objetiva uma conversão rápida, sob condições de oxidação parcial, de uma fração dos resíduos de petróleo pesado em relação aos produtos gasosos enquanto surpreendentemente dessulfuriza os resíduos sólidos não-convertidos (ricos em carbono fixo). Os resíduos sólidos essencialmente 5 dessulfurizados podem subsequentemente ser, de maneira segura e rápida, convertidos em um oxidante térmico estequiométrico ou subestequiométrico.

Matéria-prima

Uma das matérias-primas usadas em um método de acordo com a presente invenção é coque de petróleo, por exemplo, derivado do tratamento térmico de uma ampla faixa de betuminosos e petróleo crus.

A composição típica de tal matéria-prima de coque de petróleo pode ser resumida como a seguir nas Tabelas 1 e 2: Tabela I: Faixa de composição geral de coque de petróleo (% p/p, base seca)

Inertes C H 0 N+S (cinzas) 0,2 - 2,0 85 - 90 2-4 0-2 4-7 Tabela 2: Propriedades típicas de coque de petróleo Lloydminster

Propriedades Valores Unidades Matéria volátil 9-13 % p/p Cinzas 0,2 - 0,5 % p/p Enxofre 3,0 - 4,5 % p/p Nitrogênio \---! % p/p I LO V 1---I ! Vanádio 500 - 700 ppm Níquel 200 - 400 ppm Umidade 7-10 % p/p Carbono fixo 86 - 90 % p/p Valor BTU 33.800 - 37.200 J/g Densidade aparente 640 - 720 kg/nr* Tamanho (diâmetro) Até 101,60 mm Os tipos de coque de petróleo usados no método da presente invenção tem um poder calorífico típico (HHV) variando entre cerca de 33,6 e cerca de 37,1 MJ/kg (base seca, correspondendo a uma faixa entre cerca de 33.800 e cerca de 37.200 J/g).

Devido às similaridades químicas e estruturais com o coque de petróleo, do qual eles são precursores, resíduos ricos em asfaltênicos também podem ser convertidos pelo processo da presente invenção a produtos finais similares 10 com rendimentos similares. De fato, os asfaltenos (isto é, um sinônimo para resíduos asfaltênicos) precedem a formação de coque de petróleo, o último sendo formado como uma matriz de carbono estruturada quando do aquecimento de asfaltenos na ausência de oxigênio em fornos de coqueificação (coqueificação retardada ou coqueificação fluidizada sendo as técnicas geralmente usadas na indústria).

A composição típica de uma matéria-prima tipo

asfaltênica pode ser resumida como a seguir na Tabela 3:

Tabela 3: Faixa de composição geral de asfaltenos (% p/p, base seca)

Inertes C H O N S (cinzas) 1-5% 82 ± 3% 8 ± 1% 0,3 - 5 0,5 - 3,5 1,0 - 10 Deste modo, matérias-primas tipo asfaltênicas tem um

nível de hidrogênio geralmente superior e uma matriz de carbono menos estruturada do que o coque de petróleo, o que pode facilitar a sua gaseificação uma vez que a última é, de fato, a conseqüência de uma reação entre vapor e carbono. Tal reação geralmente ocorre em uma taxa mais 15 rápida com carbono funcionalizado e com carbono amorfo (como nos asfaltenos) do que com matrizes de carbono estruturadas, tais como inertinitas ou carbono grafítico, cuja estrutura é mais próxima daquela do coque de petróleo.

Outros resíduos orgânicos, ou suas misturas, podem ser usados no método da presente invenção, com a condição de que o nivel de inorgânicos e suas composições sejam similares a ou menores do que aquelas relatadas na Tabela 1.

Uma característica comum das matérias-primas usadas no

método da presente invenção é seu conteúdo de enxofre relativamente alto, o que reduz seus valores comerciais.

Antes da gaseificação, a distribuição do tamanho de partícula da matéria-prima particulada pode ser verificada, 10 e pode ter que ser ajustada por moagem ou trituração controlada antes da gaseificação. A distribuição ou diâmetro de partícula resultante desejado geralmente varia entre cerca de 0,1 e cerca de 5,0 mm, preferivelmente entre cerca de 0,1 e 2,0 mm. Pode ser usada qualquer unidade de 15 trituração-seleção ou técnica similar bem conhecida capaz de condicionar deste modo a matéria-prima.

Processo de Gaseificação

Em uma modalidade particular do método de acordo com a presente invenção, a matéria-prima de resíduo de petróleo 20 pesado selecionada é alimentada a um gaseificador, em que uma reação de gaseificação ocorre, a qual consiste em uma reação de oxidação parcial da matéria-prima, geralmente com ar, na presença de água, sob condições de baixa severidade. Uma vez consumido o oxidante do ar (O2) , a reação predominante é geralmente:

C + H2O —» CO + H2 0 gaseificador usado em uma modalidade do método de acordo com a presente invenção é um vaso cilíndrico vertical, alargado em sua seção superior (borda livre, com uma concentração de sólidos relativamente baixa) e contendo, em sua seção inferior mais estreita, um leito fluidizado, com uma concentração de sólidos relativamente alta. 0 reator pode, por exemplo, ser operado sob regime de fluidização borbulhante em velocidades compreendidas entre cerca de 0,2 e cerca de 1,8 m/s em condições reacionais.

0 ponto de alimentação do reator está localizado bem acima da zona conhecida como zona de jato. Um jato de ar entra no fundo do gaseificador através de várias tubeiras, 15 cada tubeira possuindo vários orifícios através dos quais a velocidade do ar está geralmente compreendida entre 50 e 100 m/s, assegurando dessa forma a fluidização e a reação em múltiplos estágios dentro do gaseificador. A quantidade de ar usada na gaseificação de resíduo de petróleo pesado 20 (uma reação de oxidação parcial) geralmente varia entre cerca de 15 e cerca de 50%, preferivelmente entre cerca de 30 e 50%, preferivelmente entre cerca de 35% e cerca de 45% da quantidade estequiométrica necessária para a oxidação total do conteúdo orgânico da matéria-prima. É denotada por uma proporção equivalente λ (Iambda) compreendida entre cerca de 0,15 e cerca de 0,50, preferivelmente entre cerca de 0,30 e cerca de 0,50, preferivelmente entre cerca de 0,35 e cerca de 0,45. As tubeiras (também conhecidas como 5 bicos) asseguram uma distribuição adequada e homogênea do jato de ar injetado. Ar ou ar enriquecido com oxigênio ou vapor enriquecido com oxigênio ou dióxido de carbono enriquecido com oxigênio (por exemplo, recuperado a partir do gás de síntese) podem ser usados como agentes de 10 oxidação parcial.

A presença de água (como umidade na alimentação e/ou como água adicionada, em uma forma líquida e/ou de vapor gasoso) é essencial para o método de gaseificação. Água líquida geralmente age como um dissipador de calor para as 15 reações de oxidação parcial exotérmica e de craqueamento no leito fluidizado. Da mesma forma, sob certas condições, o vapor age como um reagente resultando na produção intensificada de gases redutores, tais como H2 e CO.

A quantidade de água líquida introduzida no 20 gaseificador tipicamente varia entre cerca de 5 e cerca de 20%, preferivelmente entre cerca de 10 e cerca de 15% dos sólidos da matéria-prima (massa seca). A umidade na matéria-prima é geralmente parte dessa água. Em uma modalidade específica da presente invenção, o resto da água líquida pode vir do sistema de depuração de gás de síntese: por exemplo, (i) uma suspensão/emulsão de água contendo orgânicos, alcatrão e particulados finos carregados com carbono é formada em um primeiro ciclo (Ioop) de depuração 5 e é reintroduzida no gaseificador para conversão completa; e/ou (ii) uma fase aquosa rica em amônia é produzida por dessorção da amônia absorvida em um segundo Ioop de depuração. Tal água rica em amônia pode também ser reintroduzida no gaseificador para a destruição da amônia. 10 A quantidade de vapor adicionado ao gaseificador

geralmente varia entre cerca de 30% em peso e cerca de 7 0% em peso, preferivelmente entre cerca de 40 e 70% dos sólidos da matéria-prima (massa seca). Tal vapor pode ser produzido pela expansão da água quente pressurizada que 15 recupera calor do gás de síntese em uma unidade de recuperação de calor antes da depuração.

A pressão parcial da água (a qual se torna vapor sob as condições reacionais) dentro do reator pode ser ajustada de modo que as reações carbono-vapor e de reforma de vapor 20 sejam controladas dentro de uma pressão parcial de vapor variando de cerca de 0,5 até cerca de 3 atm (de cerca de 7,4 a 43,1 psia).

0 reator opera em temperaturas que são definidas, pelo menos em parte, pelas características dos inorgânicos presentes na alimentação, assim como pela reatividade do carbono e dos orgânicos na alimentação. Ajustando a taxa de fluxo de ar, a taxa de sólidos a serem gaseificados, assim como a taxa de adição de água/vapor pode, deste modo, 5 ajustar a temperatura do gaseificador. Temperaturas operacionais de cerca de IOOO0C ou menos, preferivelmente variando entre cerca de 780°C e cerca de 1000°C, são usadas em um método de acordo com a presente invenção. Quando uma elevada conversão de carbono é almejada, a temperatura 10 reacional preferivelmente varia entre cerca de 950 e cerca de 980°C.

Pressões (absolutas) de cerca de 10 atm ou menos, preferivelmente variando entre cerca de 1 e cerca de 10 atm, são usadas em um método de acordo com a presente invenção. Preferivelmente, a pressão reacional varia entre cerca de 1,5 e 5 atm.

Em uma modalidade particular do método da presente invenção, um material granular refratário compreendendo, porém não estando limitado a alumina, silica, magnésia, 20 crômia, olivina ou suas misturas é usado como agente fluidizante no leito fluidizado. Em tal caso, a distribuição do tamanho de partícula do agente fluidizante geralmente varia entre cerca de 300 e cerca de 500 μιη.

Tal material granular refratário pode ser usado para iniciar somente a reação de gaseificação. De fato, em outra modalidade particular do método da presente invenção, a própria matéria-prima (coque de petróleo ou resíduos ricos em asfaltênicos) pode ser usada como agente fluidizante. Em 5 tal modo de operação, a distribuição do tamanho de partícula do agente fluidizante geralmente varia entre cerca de 0,5 e cerca de 2 mm.

Em outra modalidade particular do método da presente invenção, a matéria-prima bruta pode ser primeiramente préseca de modo que o seu conteúdo de umidade varie entre cerca de 5% em peso e cerca de 20% em peso. Qualquer técnica de pré-secagem conhecida pode ser usada.

Em uma outra modalidade particular do método de acordo com a presente invenção, o reator pode ser ainda equipado 15 com um sistema de remoção de material do leito para assegurar a evacuação periódica do excesso de carvão/coque, quaisquer aglomerados e inorgânicos. Isto resulta em um nível constante de sólidos no leito. Qualquer variação na quantidade de sólidos dentro do leito devido a tal remoção 20 periódica é substituída por uma quantidade equivalente de material fresco introduzido por um alimentador helicoidal ou quaisquer outros meios alimentadores conhecidos. O diferencial de pressão através do leito estando relacionado com o nível dos sólidos no leito é usado como um indicador para a ativação do sistema de remoção que irá trazer os sólidos até o nível operacional desejado.

Reação de Oxidação Parcial

A conversão de resíduos de petróleo pesado, tais como 5 coque de petróleo e resíduos ricos em asfaltênicos, em um gás de síntese é uma reação sólido-gás que geralmente une fluidodinâmica e cinética.

A fluidodinâmica geralmente indica que partículas reagentes (isto é, as partículas de matéria-prima) são 10 convertidas na seção de leito borbulhante fluidizado até elas alcançarem um primeiro diâmetro de partícula limiar no qual ocorre o arraste. Tal situação ocorre quando a velocidade terminal da partícula é igual ou menor do que a velocidade superficial do gás local na zona superior da 15 seção do leito borbulhante do reator. As partículas que alcançaram, através de reação no leito borbulhante, um diâmetro que resulta em velocidades terminais iguais ou menores do que a velocidade superficial do gás ascendente local serão arrastadas para a zona de transição entre o 20 leito borbulhante e a borda livre. Na zona de transição e, finalmente, na borda livre, o gás reduz a sua velocidade superficial e as partículas continuam as suas conversões até alcançarem um segundo diâmetro de partícula limiar que corresponde a uma velocidade terminal igual ou menor do que a velocidade superficial do gás na borda livre (uma característica do regime de fluxo turbulento imposto na borda livre, geralmente entre 0,1 e 0,5 m/s em condições reacionais). Em tal diâmetro elas geralmente saem do reator.

Qualquer partícula de matéria-prima é então exposta à conversão no reator durante um "tempo de residência" total que será a soma dos tempos de residência na zona do leito fluidizado borbulhante (0bb), na zona de transição entre o 10 leito e a borda livre (Obf) e na própria borda livre (0f). Tais tempos de residência são geralmente função do tamanho de partícula da matéria-prima e das condições de fluidização usadas.

Por exemplo, uma partícula de coque de petróleo de 400 15 μιη como diâmetro inicial irá tipicamente permanecer no leito durante 0bb, variando entre cerca de 20 e cerca de 200 segundos, a 975°C e 9 atm como pressão total (pressão parcial de vapor de cerca de 2,5 atm) até se tornar pequena o suficiente para ser arrastada, quando variando a 20 velocidade de fluidização entre 10 e 2 vezes a velocidade de fluidização mínima usando alumina como agente de fluidização do leito. No arraste, ela será transportada durante 0bf, variando entre cerca de 1 e cerca de 5 segundos, através da zona de transição, e irá permanecer durante 0f, variando entre cerca de 4 e cerca de 20 segundos, na borda livre.

Um exemplo da porcentagem de conversão geral de partículas de matéria-prima de coque de petróleo como uma função da velocidade média do gás (Ug) para diâmetros de partícula da matéria-prima original variantes (Dpo) é mostrado na Figura I. Ele confirma que pequenas partículas (de cerca de 0,3 mm de diâmetro ou menos) são arrastadas e convertidas rapidamente e em uma alta porcentagem por um gás fluidizante com uma velocidade média relativamente baixa (tal como cerca de 0,5 m/s ou menos). Quanto maior o diâmetro das partículas entrando no reator de gaseificação, maior a velocidade média do gás necessária para arrastá-las e mais tempo levará para converter um alto percentual daquelas partículas.

As reações de reforma e oxidação parcial (as quais são os eventos químicos dominantes no processo global de gaseificação) tipicamente ocorrem em temperaturas e pressões parciais dos gases reacionais que são compatíveis 20 com os tempos de residência indicados acima. No método da presente invenção, o reator é operado em uma temperatura de cerca de IOOO0C ou menos e uma pressão total de cerca de 10 atm (absoluta) ou menos. Isto é vantajosamente alcançado, em modalidades específicas, através de: (a) proporções apropriadas das taxas de alimentação de matéria-prima, oxigênio (geralmente do ar ou ar enriquecido com O2) e H2O (água líquida e/ou vapor). Tais proporções em peso típicas são geralmente as seguintes: a proporção 5 02/matéria-prima (base seca) varia entre cerca de 0,3 e cerca de 1,2; a proporção água líquida/matéria-prima (base seca) varia entre cerca de 0,05 e cerca de 0,20; e a proporção vapor/matéria-prima (base seca) varia entre cerca de 0,3 e cerca de 0,7;

(b) o local das portas de injeção da matéria-prima (geralmente entre 30 e 60 cm dos bicos);

(c) o projeto da placa do bico com bicos geralmente distanciados uns dos outros entre cerca de 16 e cerca de 18 cm, 3 a 4 orifícios por bico e velocidades de orifício

geralmente na faixa de cerca de 70 até cerca de 100 m/s;

(d) a altura do leito, geralmente compreendida entre cerca de 0,60 m e cerca de 12,0 m no repouso;

(e) a distribuição do tamanho de partícula do meio fluidizante usado, geralmente conforme definido acima;

(f) a configuração geométrica da zona de transição entre o leito e a borda livre, com um ângulo geralmente variando entre cerca de 45° e cerca de 75° e uma altura total geralmente variando entre cerca de 1 até cerca de 1,5 m; e/ou (g) um regime de fluxo de gás turbulento bem desenvolvido na borda livre com números de Reynolds variando geralmente entre cerca de 40.000 e cerca de 100.000.

Características do Gás de Sintese Gás de síntese é o produto principal de um método de

acordo com a presente invenção. Uma taxa de conversão entre cerca de 45% até cerca de 85% do carbono na matéria-prima para carbono no gás de síntese é almejada no método da presente invenção.

O gás de síntese bruto produzido geralmente compreende

os componentes de enxofre originalmente presentes na matéria-prima de resíduo de petróleo pesado. Faixas de composição média para gás de síntese frio (gás de síntese) antes e depois da remoção de enxofre podem ser resumidas como a seguir na Tabela 4:

Tabela 4: Faixas de composição média (% em volume)

Componente Antes da Remoção Depois da Remoção de Enxofre de Enxofre H2 10 - 18 10 - 18 CO 16 - 20 16 - 20 CO2 8-12 8-12 N2 + Ar 56 - 61 56 - 61 CH4 0,8 - 1,5 0,8 - 1,5 C2H4 0 0,1 - 0,5 H1 1 O Cn C2H6 0 - 0,2 0 - 0,2 C3H6 0 - 0,2 OJ O I O C3H8 0 - 0,2 0 - 0,2 outros menos do que 0,5 menos do que 0,5 hidrocarbonetos leves H2S menos do que 1,0 menos do que 0,0016 HCl menos do que cerca de 0 0,0015 NH3 0,0003 0,0003 O nivel de H2S de menos do que 0,0016% em volume depois da remoção de enxofre corresponde ao nivel conhecido mais rigoroso imposto pelos regulamentos. Entretanto, um nível maior pode ser aceitável em alguns casos.

A remoção de enxofre do gás de síntese pode ser

efetuada por qualquer sistema de remoção de enxofre conhecido tal como, porém sem se limitar à depuração usando absorventes seletivos.

Técnicas de condicionamento e depuração de gás conhecidas podem ser usadas no gás de síntese bruto resultante de um método de acordo com a presente invenção para obter um gás de síntese limpo. Por exemplo, depuração úmida pode ser usada quando um gás limpo frio é desejado, para uso em queimadores/caldeiras ou em motores de combustão interna, por exemplo. 0 condicionamento de gás quente pode ser usado quando um gás quente é desejado, para 5 uso em turbinas a gás ou em Ciclos Combinados com Gaseificadores Integrados (IGCC), por exemplo.

Em uma modalidade particular do método de acordo com a presente invenção, quando uma torre de depuração é usada, qualquer alcatrão leve sobrenadante presente na água de 10 depuração pode ser separado por um misturador/decantador e reinjetado no gaseificador. Qualquer alcatrão pesado e particulado pode ser separado e concentrado em um resíduo que é depois reinjetado no gaseificador para conversão adicional.

Nesta ou em outra modalidade particular, uma unidade

de tratamento de água de rejeito conhecida pode ser fornecida à jusante de qualquer etapa de limpeza de gás.

Alcatrão e particulados podem estar presentes no gás de síntese em uma quantidade de até cerca de 20 ppm (alcatrão) e 5 ppm (particulados).

A remoção de CO2 do gás de síntese usando técnicas de depuração conhecidas pode também ser efetuada antes ou depois da remoção de H2S.

Ainda em uma outra modalidade particular do método de acordo com a presente invenção, uma unidade de recuperação de calor pode ser usada antes de uma torre de depuração, a qual permite o resfriamento do gás de sintese até uma temperatura de cerca de 450°C ou menos, enquanto produz 5 vapor para exportar e usar para outros propósitos, tais como uma aplicação em SAGD, assim como para uso no próprio reator de gaseificação.

Existem várias aplicações de um método de acordo com a presente invenção, incluindo, porém sem se limitar a sua 10 integração em um processo IGCC. 0 gás de síntese limpo pode ser usado diretamente como um veículo energético, substituindo o gás natural, usando equipamentos tais como uma caldeira, uma turbina a gás, um motor a diesel ou uma célula combustível. Deste modo, o gás de síntese pode ser 15 usado na produção de vapor ou na co-produção de calor e eletricidade. Ele também pode ser cataliticamente convertido para produzir biocombustíveis líquidos tais como metanol, etanol e alcoóis superiores.

Em uma modalidade particular do método da presente 20 invenção, o gás de síntese obtido com gaseificação de ar e depuração é um gás de síntese limpo de baixo valor calorífico (tipicamente variando entre cerca de 3,7 e cerca de 5,0 MJ/Nm3) . Em tal caso, o gás de síntese limpo, embora com um valor calorífico baixo (VC), queima bem com uma chama regular. Nenhuma adição de um gás de valor calorífico superior (tal como metano ou propano) é necessária para estabilizar a chama.

Em outra modalidade particular do método da presente invenção, ao usar enriquecimento de O2 do ar, o gás de síntese limpo tem valores caloríficos aumentados, variando entre mais do que cerca de 5,0 e cerca de 11,5 MJ/Nm3 dependendo do nível de enriquecimento de O2.

Características dos Resíduos Sólidos Os resíduos sólidos produzidos por um método de acordo

com a presente invenção são essencialmente compostos de carbono não-convertido e inorgânicos. Eles são essencialmente dessulfurizados e podem, deste modo, sofrer oxidação facilmente para gerar calor ou eletricidade de 15 processo, por exemplo, sem produzir poluentes indesejáveis tais como SO2 e sem a necessidade de etapas de remoção de enxofre que consumam recursos financeiros e energia antes da combustão. Os resíduos sólidos também podem ser termicamente oxidados sob condições subestequiométricas 20 para gerar uma mistura de CO e CO2 que possa ser vantajosamente usada como um gás químico redutor e, por exemplo, ser adicionada ao gás de síntese limpo produzido no gaseificador.

Alternativamente, tais resíduos sólidos podem ser usados na produção de cimento, em caldeiras de suspensão, vendidos para o mercado (para combustão), como coque com baixo teor de S (0,5% em peso no máximo) ou usados para a produção de eletrodos por produtores de aluminio. Os 5 resíduos também poderiam ser estabilizados em materiais de construção ou em agregados para a preparação de superfícies de estradas. No caso da produção de cimento, os inorgânicos poderiam ser parte da matriz de cimento e qualquer carbono presente nos resíduos poderia ser queimado na estufa.

A dessulfurização de resíduos sólidos não convertidos

não foi esperada no presente caso, isto é, em baixas severidades, uma vez que a gaseificação do coque de petróleo ou outros resíduos de petróleo na indústria é geralmente efetuada em altas severidades, particularmente 15 temperaturas mais altas, com taxas de conversão de carbono almejadas altas. Para o conhecimento do inventor, não existiam dados estabelecidos sobre dessulfurização de baixa severidade, a qual foi então um dos surpreendentes resultados do processo da presente invenção. Tal 20 dessulfurização de resíduos sólidos não convertidos durante a gaseificação é vantajosa, uma vez que o enxofre é mais rapidamente e economicamente depurado do gás de síntese (na forma de H2S) do que poderia ser removido de resíduos sólidos. A presente invenção é ilustrada em maiores detalhes pelos seguintes exemplos não limitantes.

Exemplo 1

Teste 1 de Verificação do Método.

0 Teste 1 foi efetuado em uma unidade de planta piloto

localizada em Sherbrooke, Quebec, Canadá, a qual é resumidamente descrita abaixo.

A unidade de planta piloto tem uma capacidade nominal de aproximadamente 100 kg/h de coque de petróleo. O reator 10 de leito fluidizado da unidade é um projeto da ENERKEM. A seção de leito fluidizado do reator tem um diâmetro interno de 38 cm (15 polegadas) e uma altura de 3,5 m (138 polegadas). A borda livre tem um diâmetro interno de 63,5 cm (25 polegadas) e uma altura de 1,4 m (54,5 polegadas). A 15 zona de transição é cônica e tem um ângulo de 60 graus. A placa do bico tem 7 bicos equipados com 3 orifícios cada (velocidades do ar através dos orifícios estão na faixa de 7 0 a 100 m/s).

A matéria-prima é transferida por gravidade através de 20 duas câmaras estanques equipadas com válvulas de gaveta deslizantes interconectadas. A partir da segunda câmara estanque, os sólidos se movem através de uma válvula rotativa que controla o fluxo de sólidos. A partir da válvula rotativa, os sólidos caem em um alimentador helicoidal que rapidamente transfere a matéria-prima diretamente para a zona quente do gaseificador. A gaseificação ocorre dentro do leito fluidizado com alumina como o meio fluidizante. Ar e água (vapor) foram usados 5 como os agentes de gaseificação para os testes reportados como exemplos. A pressão parcial da água (vapor) dentro do reator pode ser ajustada de modo que as reações carbonovapor e de reforma de vapor sejam apropriadamente conduzidas e controladas.

A maior parte das partículas arrastadas pelo gás de

síntese quente que sai do gaseificador são a seguir capturadas por dois ciclones em série. A eficiência dos ciclones é tal que as partículas com mais de 10 μιη são removidas com uma eficiência próxima de 95%. Na planta 15 piloto, o gás de síntese quente que sai dos ciclones é impulsionado para uma torre de extinção-depuração e um depurador Venturi de alta eficiência. Essencialmente todo o alcatrão é condensado e partículas com dimensões médias compreendidas entre I e 10 μιη são coletadas.

Mais especificamente, o condicionamento do gás de

depuração é configurado como a seguir:

I) Um primeiro ciclo compreendendo uma torre de extinçãodepuração para resfriar o gás de síntese e depurar alcatrão e particulados. A temperatura do gás de saída varia de cerca de 55 até cerca de 80°C dependendo da taxa de água; e

2) Um segundo ciclo de depuração compreendido de um Venturi e um desumidificador. 0 Venturi, o qual captura partículas 5 finas, é operado com uma perda de pressão variando entre 27, 58 e 68, 95 kPa (4 e 10 psi) ; o desumidificador é equipado com uma tela para coalescer as gotículas finas aprisionadas.

Cada ciclo tem seu próprio sistema de recirculação de água, o qual resfria a água através de trocadores de calor a placas água-água. Durante a extinção-depuração, o conteúdo de água (vapor) do gás de síntese quente é condensado e a seguir adicionado à corrente de água global. Uma quantidade de água condensada é regularmente purgada para fora do sistema para manter uma taxa de circulação de água constante nas unidades de extinção-depuração. A quantidade purgada leva em consideração a água e o vapor adicionados ao sistema, o vapor reagido e a água presente na emulsão alcatrão/particulado formada para reciclar alcatrão e particulados para o reator.

Os resíduos de gaseificação sólidos (coletados nos ciclones) e as lamas (do tratamento de águas de rejeito) podem ser reinjetados no gaseificador para uma melhor eficiência de conversão de carbono ou podem ser usados para 10

15

aplicações especificas. A opção de reinjeção não foi usada nos testes apresentados como exemplos. Os residuos sólidos da gaseificação e a água de depuração foram acumulados em vasos receptores. Balanços de materiais puderam ser então avaliados com precisão.

O gás de síntese limpo que sai do desumidificador em temperatura ambiente está então pronto para ser usado como combustível em uma câmara de combustão.

O objetivo do Teste 1 foi alcançar uma conversão de carbono em gás de síntese de cerca de 50%. A conversão de carbono é definida como o carbono nas moléculas de gás de síntese (depois da limpeza de gás) dividido pelo carbono na matéria-prima.

A composição do coque de petróleo usada no Teste 1 foi como se segue na Tabela 5 abaixo (%p/p, base seca):

Tabela 5

Inertes C H O N S (cinzas) 0,5 89, 5 O 1,0 o 5,0 < \---I CO 20

O poder calorífico superior (HHV) da matéria-prima de coque de petróleo seco no Teste 1 foi de 34,2 MJ/kg.

445 kg de coque de petróleo com uma granulometria variando entre 0,1 e 2 mm foram gaseificados na planta piloto a 795°C, 1,5 atm, durante 4 h na presença de 709,5 Rm3 de ar (R correspondendo a 25°C, 1 atm; isto é, 842,5 kg de ar), 37,8 kg de água (como umidade no coque de petróleo, isto é, 8,5% de 445 kg) e 212 kg de vapor adicionado. Alumina foi usada como meio fluidizante e a taxa de alimentação de coque de petróleo no gaseificador foi de

111,3 kg/h.

1496, 7 Rm3 de gás de síntese (isto é, 1532 kg de gás seco e 30,6 kg de água) foram produzidos. A composição específica do gás de síntese obtido no Teste 1 é dada no Exemplo 3 abaixo. O gás de síntese tinha um HHV de 4,4 MJ/Rm3 para o Teste 1.

No Teste 1, a proporção equivalente λ (quantidade de ar usado/quantidade estequiométrica necessária para oxidação total) é, desse modo, de cerca de 0,15, a 15 proporção em peso de vapor em relação à matéria-prima é de cerca de 0,48 e a proporção em peso de água líquida em relação à matéria-prima é de cerca de 0,085.

Com 364,4 kg de carbono na matéria-prima de coque de petróleo e 178,6 kg de carbono no gás de síntese, a 20 conversão de carbono em gás de síntese é próxima de 50% (49%) na baixa severidade empregada. 0 carbono remanescente deveria ser encontrado em 47,7% nos resíduos sólidos essencialmente dessulfurizados, em 0,3% na água de rejeito (como COT, isto é, carbono orgânico total e Cl, isto é, carbono inorgânico) e em 3,3% no alcatrão, o referido alcatrão podendo ser reciclado para o gaseificador para reações adicionais.

Entretanto, a eficiência energética global é muito maior do que a taxa de conversão. 0 gás de sintese tem uma proporção molar de H2: CO de cerca de 3. 0 teor energético do gás de sintese produzido (6552 MJ no total) é de cerca de 42% da energia contida na matéria-prima (15548, 3 MJ no total) . Com 5557, 15 MJ no total, os resíduos de gaseificação dessulfurizados contem 35,7% da energia na matéria-prima. 0 calor disponível e recuperável a partir do resfriamento por trocadores de calor indiretos os quais transformam o calor em vapor útil representa 452 MJ no total, deste modo cerca de 3% da energia na matéria-prima. Assim, a eficiência energética combinada total é de cerca de 80,7% (42,1 + 35,7 + 3 = 80,7). Alguma energia adicional do processo é recuperada como calor durante o resfriamento do gás (17,7%) e o resto é perdido durante a recuperação de RSG. Entretanto, esse último calor recuperado é calor de baixo grau e, deste modo, não foi levado em consideração para os cálculos de eficiência energética.

Exemplo 2

Teste 2 de Verificação do Método.

A composição e o teor energético do coque de petróleo usados no Teste 2 foram os mesmos que os do Teste 1 (Exemplo 1).

405 kg de coque de petróleo com uma granulometria variando entre 0,1 e 2 mm foram gaseificados na planta 5 piloto a 800°C, 1,5 atm, durante 4 h na presença de 674,0 Rm3 de ar (R correspondendo a 25°C, 1 atm; isto é, 800,3 kg de ar), 34, 43 kg de água (como umidade no coque de petróleo, isto é, 8,5% de 405 kg) e 172 kg de vapor adicionado. Alumina foi usada como meio fluidizante e a 10 taxa de alimentação de coque de petróleo no gaseificador foi de 101,3 kg/h.

1338,5 Rm3 de gás de síntese (isto é, 1379,8 kg de gás seco e 27,6 kg de água) foram produzidos. A composição específica do gás de síntese obtido no Teste 2 é dada no Exemplo 3 abaixo. O gás de síntese tinha um HHV de 4,4 MJ/Rm3 para o Teste 2.

No Teste 2, a proporção equivalente λ é de cerca de 0,16, a proporção em peso de vapor em relação à matériaprima é de cerca de 0,42 e a proporção em peso de água líquida em relação à matéria-prima é de cerca de 0,085.

Com 331,7 kg de carbono na matéria-prima de coque de petróleo e 163,5 kg de carbono no gás de síntese, a conversão de carbono em gás de síntese é próxima de 50% (49,3%) na baixa severidade empregada. O carbono remanescente é para ser encontrado em 47,4% nos resíduos sólidos essencialmente dessulfurizados, em 0,4% na água residual (como COT e Cl) e em 3,3% no alcatrão, o referido alcatrão podendo ser reciclado para o gaseificador para 5 reações adicionais.

Entretanto, a eficiência energética global é muito maior do que a taxa de conversão de carbono. 0 teor energético do gás de síntese produzido (5873 MJ no total) é de cerca de 41,6% da energia contida na matéria-prima 10 (14114,25 MJ no total). Com 5110,9 MJ no total, os resíduos de gaseificação dessulfurizados contêm 36,2% da energia na matéria-prima. O calor disponível e recuperável a partir do resfriamento representa (levando-se em consideração o vapor necessário para a gaseificação) 411 MJ, deste modo cerca de 15 3% da energia na matéria-prima. Deste modo, a eficiência energética combinada total é de cerca de 80,8% (41,6 + 36,2 + 3 = 8 0,8). Alguma energia do processo é recuperada como calor durante o resfriamento do gás (17,7%) e o resto é perdido durante a recuperação de RSG. Entretanto, esse 20 último calor recuperado é calor de baixo grau e, deste modo, não foi levado em consideração para cálculos de eficiência energética.

Exemplo 3

Dados ambientais - Testes 1 e 2 combinados. Esses dados foram desenvolvidos durante uma campanha de amostragem/análise efetuada durante os Testes 1 e 2, apresentados nos Exemplos 1 e 2, respectivamente. As amostragens foram feitas em diferentes estágios do método, 5 para o gás de síntese, o gás combustível e os resíduos sólidos.

Amostragem de gás de síntese

A amostragem do gás de síntese foi efetuada depois de sua passagem pelos ciclones e pelo sistema de depuração de 10 dois ciclos terminando com o desumidificador e antes da câmara de combustão, e a análise das amostras foi efetuada por métodos de Cromatografia Gasosa (CG) padrão em determinados tempos durante os testes.

As Figuras 2 e 3, assim como a Tabela 6 abaixo, claramente mostram que uma composição de gás de síntese estável é obtida pelos testes de 4 horas. A Tabela 6 fornece a composição média de gás de síntese para cada teste.

Tabela 6

Tipos Teste 1 Teste 2 N2 57, 8 57, 8 Ar CO 1 O H2 19 18, 3 CO 5,9 7,7 CO2 13 12, 3 CH4 2,8 2,2 C2H4 0,2 0,2 C2H6 0,1 0,1 C3H6 0,3 0,4 C3H8 0,0 0,0 CxHy 0,0 0,0 Amostragem de gás combustível

A amostragem de gás combustível foi efetuada na chaminé, após a câmara de combustão. As duas portas de amostragem em série estavam localizadas 2 diâmetros à 5 montante além de qualquer fonte de distúrbio e 4,5 diâmetros após o cotovelo na saída da câmara de combustão. A altura da chaminé total foi de 7,5 m, se estendendo 2,0 m acima do topo. A chaminé tinha um diâmetro interno de 0,47 m. Os métodos e procedimentos usados foram os padrões.

A Tabela 7 abaixo resume os principais resultados

obtidos para a amostragem de gás combustível na saída da câmara de combustão.

Tabela 7: Resumo da Emissão Atmosférica (após a combustão do gás de síntese)

Categorias Descrições Teste 1 Teste 2 Estimativa Unidades para a Planta Industrial Amostragem O2 7,83 8,48 4 O. contínua "o CO2 6, 88 6, 39 13 o_ o CO 0,76 1, 61 1 mg/Rm3 SO2** 65, 32 70,41 < 50 mg /Rm3 NOx (NO2) 76,26 59, 38 50 PPMV em base seca THC (CH4) 4, 07 4,41 4 PPMV em base úmida D&F-TEQ* Equiv. 0, 025 0, 026 0, 025 ng/Rm3 Total Partículas* Total 6,4 6,4 6,4 mg/Rm3 HCl* Total 1 0,6 0,8 mg /Rm3 Metais* Cromo 18, 67 28,24 23 μg/Rm3 Mercúrio 7,29 0,15 4 μg/Rm3 Chumbo 13, 76 11, 83 12 μg/Rm3 Cádmio 1, 80 2,21 2 μg/Rm3 PAH Total 17,23 17, 33 17 μg/Rm3 É para ser notado que as medidas marcadas(*) estão corrigidas (exceto para O2) a 11% de O2, para comparação apropriada, usando a equação a seguir:

Concentração a 11% de O2 = Concentração na chaminé em % de O2 x 9,9

20,9 - % de O2 na chaminé R em Rm3 se refere às condições do gás combustível definidas a seguir: temperatura, 25°C; pressão, 101,3 KPa; conteúdo de oxigênio, 11% em volume; conteúdo de água (umidade), 0% em volume (condições secas).

As emissões de CO, dioxinas e furanos (D&F) foram tão baixas quanto 0,76 mg/Rm3 e 0,025 ng/Rm3 para o Teste 1 e 1,61 mg/Rm3 e 0, 026 ng/Rm3 para o Teste 2, o que está muito abaixo da maioria dos regulamentos ambientais atuais no 15 mundo ocidental. Os níveis de D&F-TEQ (TEQ: EQuivalência Tóxica) podem ser ainda mais reduzidos pela filtração do ar usado para a combustão do gás de síntese, eliminando deste modo particulados que carregam sais de cloreto presentes no ar ambiente, e/ou através de etapas de condicionamento de 20 gás adicionais específicas para compostos contendo cloro, usando injeção de óxido de cálcio, por exemplo.

A ausência de uma unidade de absorção reativa na planta piloto explica porque preferivelmente altos níveis de SO2 foram obtidos nos Testes 1 e 2. Somente baixos níveis de cáustica (pH 9,6) foram usados no ciclo I. Eles se mostraram insuficientes para capturar o H2S em níveis que, quando da combustão do gás de síntese, poderiam resultar em emissões de SO2 mais baixas do que os 5 regulamentos. Tal situação pode ser prontamente consertada através, por exemplo, de um sistema de absorção de amina. Amostragem de Sólidos

A amostragem de sólidos para os Resíduos Sólidos de Gaseificação (RSG) foi efetuada nos recipientes de coleta após os ciclones, e a análise foi efetuada por métodos padronizados, incluindo um teste de lixiviação, por um laboratório independente.

213 kg de RSG foram coletados durante o Teste 1 de 4 horas, dos quais 8,2 kg eram umidade e 173,7 kg eram 15 carbono (isto é, 47,7% do carbono originalmente presente na matéria-prima) . No Teste 2, 193 kg de RSG foram coletados, dos quais 7,4 kg eram umidade e 157,4 kg consistiam em carbono (isto é, 47,4% do carbono originalmente presente na matéria-prima).

A Tabela 8 abaixo resume os principais resultados

analíticos obtidos para o perfil de lixiviação dos resíduos sólidos de gaseificação misturados dos Testes 1 e 2. Os perfis de lixiviação demonstraram que tais resíduos atendem aos regulamentos ambientais e podem deste modo ser usados como cobertura de solo ou depositados em aterros sanitários.

Tabela 8: Resumo da composição de resíduos sólidos de gaseificação

PARAMETROS UNIDADES COQUE DE PETROLEO Inorgânicos Variados Amônia (N) mg/L < 1 Cianeto (CN) mg/L < 0,1 Fluoreto (F) mg/L 2 Nitrato (NO3) mg/L < 0,2 Nitrito (NO2) mg/L < 0,2 Enxofre (S) % em peso 0, 58 Metais (Lixiviação) Antimônio (Sb) mg/L < 0,0002 Arsênico (As) mg/L < 0,5 Bário (Ba) mg/L 0,5 Berilio (Be) mg/L < 0,1 Boro (B) mg/L 0,1 Cádmio (Cd) mg/L <0,1 Cromo (Cr) mg/L <0,1 Cobalto (Co) mg/L <0,1 Cobre (Cu) mg/L < 0,1 Ferro (Fe) mg/L 0, 61 Chumbo (Pb) mg/L <0,1 Mercúrio μg/L < 5 Níquel (Ni) mg/L < 0,1 Selênio (Se) mg/L < 0,5 Prata (Ag) mg/L <0,1 Tálio (Tl) mg/L < 0,0003 Urânio (U) mg/L < 0,0004 Vanádio (V) mg/L 0,2 Zinco (Zn) mg/L 0,3 Zircônio (Zr) mg/L 0,0047 Diversos Cinza incombustível mg/kg 750000 Poder calorífico KJ/kg 31905 Teor de umidade o. 0,2 o Águas Residuais

A água residual bruta (não-tratada) da planta piloto é característica da água residual de um complexo petroquímico. A tecnologia de tratamento conhecida poderia 5 prontamente permitir a limpeza da água e seu uso em ciclos de reciclagem. 0 resíduo final do tratamento de água residual poderia ser uma lama contendo sólidos suspensos precipitados e metais como hidróxidos. Todos os compostos orgânicos podem ser destruídos ou por oxidação termoquímica ou por métodos biológicos. Alternativamente, uma fração dos residuos sólidos de gaseificação ricos em carbono pode ser usada para remover os orgânicos que são reintroduzidos e convertidos no gaseificador.

Exemplo 4

Objetivando conversões de carbono ainda maiores, uma corrida foi realizada durante 72 horas para estabilizar o reator e dados para os balanços de massa e energia foram coletados durante 3 h com a temperatura do leito fluidizado 10 a 950°C pelo ajuste dos fluxos de entrada do coque de petróleo (112,5 kg/h), ar (375 Rm3/h, o qual é equivalente a 4 4 3, 4 kg/h), água (9,6 kg/h como umidade no coque de petróleo) e vapor (51,6 kg/h). A pressão no leito fluidizado foi de 1,5 atm. Ar foi adicionado parcialmente 15 (70%) através dos bicos no fundo do leito fluidizado, parcialmente (15%) através do alimentador helicoidal com a diferença igualmente dividida entre três bicos localizados logo acima do leito fluidizado expandido, na saída da zona de transição e no terço superior da borda livre, 20 respectivamente. 0 vapor foi adicionado, igualmente dividido, ao ar através daqueles bicos. A borda livre do gaseificador foi mantida em uma temperatura imediatamente abaixo de 950°C. 0 meio fluidizante foi inicialmente alumina, porém, pela remoção regular dos sólidos fluidizantes no leito para manter a altura do leito em um nível constante, o leito depois de 48 horas de operação era constituído principalmente das partículas de coque de petróleo não-convertidas, as quais se tornaram, de fato, o meio fluidizante.

No Exemplo 4, a proporção equivalente λ foi de cerca de 0,34, a proporção em peso de vapor em relação à matériaprima foi de cerca de 0,4 6 e a proporção em peso de água líquida em relação à matéria-prima foi de cerca de 0,085.

Os rendimentos dos diferentes produtos foram os

seguintes na Tabela 9 (com R: 25°C, 1 atm absoluto):

Tabela 9

Produto Taxa de produção Equivalente em kg/kg de coque de petróleo (base seca) Gás de síntese 501 Rm3/h 4,9 RmVkg de coque de petróleo Finos 15,6 kg/h 0,152 kg/kg de coque de petróleo Alcatrão 2,7 kg/h 0,022 kg/kg de coque de petróleo Orgânicos 0,9 kg/h 0,009 kg/kg de coque de petróleo A taxa de conversão de carbono em gás de síntese foi de cerca de 82,5%. A composição do gás de síntese obtido (sem H2S remanescente) é como a seguir (% em volume) : N2, 58,2; Ar, 1,0; H2, 10,8; CO, 19,2; CO2, 8,8; CH4, 0,8; C2H4, 5 0,25; CxHy, 0,05; outros (principalmente H2S com certa quantidade de COS e NH3), 0,90. A remoção de H2S e COS através de métodos de absorção seletivos irá levar os níveis de H2S no gás de síntese limpo até um % em volume de 0,0075 (número calculado).

As eficiências energéticas obtidas nesse Exemplo 4

podem ser determinadas a partir do poder calorífico do gás de síntese [4,1 MJ/Rm3 como HHV e 3,9 MJ/Rm3 como LHV, R25°C e 1 atm] conforme a seguir (para a corrida de 3 h):

(a) Teor energético (LHV)

do gás de síntese = 1953,9 MJ = 0,55;

20

Teor energético (LHV) 3521, 3 MJ do coque de petróleo Teor energético (LHV) dos finos = 499,2 MJ =0,14; Teor energético (LHV) 3521,3 MJ do coque de petróleo Teor energético (LHV) do alcatrão 49, 4 MJ =0,01; Teor energético (LHV) 3521,3 MJ do coque de petróleo

(d) Energia recuperada da unidade

de recuperação de calor

356,4 MJ

0,10

Teor energético (LHV)

3521,3 MJ

5

do coque de petróleo

A eficiência energética global calculada então para o Exemplo 4 é deste modo 0,80.

O vapor usado no Exemplo 4 poderia requerer cerca de 150 MJ de energia de entrada a ser produzida em um gerador 10 de vapor (eficiência de 80%) . Tal energia poderia normalmente ser retirada do sistema, deste modo reduzindo a "energia recuperada na unidade de recuperação de calor" para 206, 4 MJ (ao invés de 356, 4 MJ) e a eficiência energética líquida global é então estabelecida em cerca de 15 75,8%.

Exemplo 5

A presente invenção também pode ser vantajosamente efetuada com se segue, em escala industrial.

componentes da unidade industrial usada no Exemplo 5 é mostrado na Figura 4. A proporção de turndown (relação diferencial da produção máxima e mínima) do reator de gaseificação é de 2,5/1 e 300.000 toneladas por ano de coque de petróleo ou outra matéria-prima são processadas em

Um fluxograma de processo mostrando os diferentes gás de síntese. A depuração ou condicionamento do gás é semelhante àquela descrita no Exemplo 1 acima, com ciclones seguidos por uma torre de depuração, um Venturi e um desumidificador. A remoção de H2S é feita depois da secagem 5 do gás de síntese. Os finos coletados pelos ciclones, os quais são resíduos sólidos dessulfurizados, são termicamente oxidados para produzir um gás rico em C0/C02,

o qual pode ser adicionado ao gás de síntese originalmente produzido ou usado diretamente para a geração de vapor. A 10 unidade industrial ainda compreende um sistema de recuperação de calor/produção de vapor integrado associado aos ciclones e outro sistema de recuperação de calor associado a outros componentes de depuração de gás da unidade, assim como uma unidade de tratamento de água 15 residual no local (on-site) que permite a reciclagem de água dentro do sistema, por exemplo, para produção de vapor através de um sistema de Geração de Vapor de Tubo Reto.

A composição do coque de petróleo usado no Exemplo 5 é a mesma que a dos Exemplos 1 e 2. A conversão de carbono média varia entre cerca de 76 e 82%.

37.500 kg/h de coque de petróleo a 8,5% de umidade com uma granulometria variando entre 0,1 e 2 mm foram gaseificados em uma temperatura variando entre 950 e 980°C e uma pressão de cerca de 9 atm, na presença de 125.000 Rm3/h de ar (isto é, 147.805 kg/h) e 17.156 kg/h de vapor adicionado a 10 atm. Deste modo, a proporção λ (Iambda) é de cerca de 0,37, a proporção em peso de vapor em relação à matéria-prima é de cerca de 0,4 6 e a proporção em peso de água líquida em relação à matéria-prima é de cerca de

0,085. 191,8 kg/h de dolomita calcinada também são adicionados ao gaseificador como uma fonte de MgO para neutralizar qualquer elemento de cloreto presente na matéria-prima. 0 leito fluidizado é inicialmente 10 constituído por alumina e, progressivamente, por partículas de carbono não-convertidas, as quais se tornam o próprio meio fluidizante, conforme explicado no Exemplo 4.

167.250 Rm3/h de gás de síntese são produzidos (isto é, 183.326 kg/h de gás seco e 2567 kg/h de umidade) . A composição do gás de síntese obtido nesse Exemplo é dada na Tabela 10 abaixo. O gás de síntese seco tem um HHV de 4,1 MJ/Rm3.

Tabela 10

Tipos Antes da remoção Depois da remoção de H2S de H2S N2 58, 3 58, 7 Ar 1,3 1,3 H2 10, 7 10, 8 CO 19,1 19, 2 CO2 8,8 8,9 CH4 0,8 0,8 C2H4 0,3 0,3 C2H6 0,0 0,0 C3H6 0,0 0,0 C3H8 0,0 0,0 CxHy 0, 05 0,05 H2S 0,74 0,0075 NH3 0,0003 0,0003 Cl 0,0015 0,0000 Em relação ao balanço de massa do coque de petróleo para a unidade industrial de gás de síntese, é verificado que a conversão de carbono entre o coque de petróleo e o gás de síntese é de 79% em peso (30,710 kg/h de carbono na 5 matéria-prima de coque de petróleo, em comparação com 24,263 kg/h de carbono no gás de síntese produzido). Isto é equivalente a 4874 Nm3 de gás de síntese/tonelada de coque de petróleo (base seca). O vapor líquido produzido para exportação do sistema de recuperação de calor representa 10 1,0 tonelada de vapor (1500 Psia, saturado) por tonelada de coque de petróleo (base seca). Os finos coletados representam 0,179 tonelada/tonelada de coque de petróleo (base seca). O alcatrão representa 22 kg/tonelada de coque de petróleo (base seca) e é injetado no gaseificador ou na unidade de combustão de finos. Se os finos e o alcatrão forem queimados com uma eficiência de 80%, eles irão 5 produzir 1,9 toneladas de vapor (1500 Psia, saturado) por tonelada de coque de petróleo (base seca).

Em relação ao balanço energético da unidade industrial, a energia contida no gás de síntese produzido representa 56,1% da energia contida no coque de petróleo 10 inicial (base seca). Além disso, a energia contida no vapor líquido produzido a partir do sistema de recuperação de calor corresponde a 10,3% da energia contida no coque de petróleo inicial (base seca). O teor energético dos finos de coque de petróleo coletados no ciclone representa 14,2% 15 da energia contida no coque de petróleo inicial (base seca) . Finalmente, o teor energético do alcatrão coletado no raspador/decantador representa 1,1% do teor energético do coque de petróleo inicial (base seca). A eficiência energética global da unidade industrial é, deste modo, 20 81,7% (menos do que a fração energética necessária para uma planta de remoção de enxofre). Esse valor é maior do que o valor de eficiência do Exemplo 4 devido a um sistema de integração de calor aperfeiçoado incluído no projeto da unidade industrial. 344 kg/h de sólidos são coletados do gaseificador e 5.739 kg/h de sólidos totais são coletados dos ciclones. Deste modo, um total de 6.083 kg/h de resíduos sólidos de gaseificação são produzidos, dos quais 251 kg/h são umidade 5 e cerca de 5.482 kg/h representam carbono (isto é, 17,9% do carbono originalmente presente na matéria-prima).

A água residual recuperada depois do sistema de depuração de gás sofre etapas de tratamento conhecidas no local da planta industrial. A Tabela 11 abaixo apresenta a composição estimada da água residual depois de tal tratamento.

Tabela 11: Resumo das características da água residual

Categorias Descrições Unidades Composição estimada da água residual para planta industrial depois do tratamento Óleo e graxa Total mg/L 1,9 PAH Total μg/L < 5 PCB Total μς/L < 0,03 Inorgânicos Sólidos mg/L < 170 suspensos (total) Fósforo mg/L < 2,2 (total) Fluoreto mg/L < 10 Outros Cianeto mg/L 0,1 orgânicos (total) BOD5 mg/L 14, 6 TKN mg/L 31, 4 Metais Prata mg/L < 0,02 Alumínio mg/L < 3,1 Cobalto mg/L < 0,28 Chumbo mg/L < 2 Zinco mg/L < 0,05 Outros Voláteis μg/L < 1500 (BTEX) Fenóis-4AAP mg/L 0,06 Exemplo 6

Uma matéria-prima residual rica em asfaltênicos moída até cerca de 1 - 2 mm e produzida como a fração de fundo de uma operação de destilação a vácuo foi usada nesse Exemplo, na unidade de Planta Piloto conforme descrito no Exemplo 1. Tal matéria-prima tinha a composição apresentada na Tabela 12 abaixo (% p/p, base seca):

Tabela 12

Inertes C H O N + S (cinzas) 3,2 83,2 CO 0,3 4,9 CO Objetivando conversões de car bono ainda maiores, o residuo rico em asfaltênicos foi gaseificado durante 72 horas para estabilizar o reator e dados para os balanços de massa e energia foram tomados durante 6 h com a temperatura do leito fluidizado a 940°C pelo ajuste dos fluxos de entrada de sólidos (113,6 kg/h), ar (375,2 Rm3/h, o qual é 10 equivalente a 443,4 kg/h), água (10,7 kg/h como umidade nos sólidos) e vapor (51,6 kg/h). A pressão no leito fluidizado foi de 1,45 atm. Ar foi adicionado parcialmente (72%) através dos bicos no fundo do leito fluidizado, parcialmente (13%) através do alimentador helicoidal com a 15 diferença igualmente dividida entre três bicos localizados imediatamente acima do leito fluidizado expandido, na saida da zona de transição e no terço superior da borda livre, respectivamente. O vapor foi adicionado, igualmente dividido, ao ar através desses bicos. A proporção λ 20 (Iambda) nesse exemplo foi de cerca de 0,28. A borda livre do gaseificador foi mantida em uma temperatura imediatamente abaixo de 950°C. 0 meio fluidizante foi inicialmente alumina, porém, pela remoção regular dos sólidos fluidizantes no leito para manter a altura do leito 5 em um nível constante, o leito depois de 48 horas de operação era constituído principalmente das partículas de carbono não-convertidas (derivadas de asfalteno) as quais se tornaram, de fato, o meio fluidizante, conforme explicado acima.

Os rendimentos dos diferentes produtos foram conforme

a seguir na Tabela 13 (com R: 25°C, 1 atm absoluto).

Tabela 13

Produto Taxa de produção Equivalente em kg/kg de coque de petróleo (base seca) Gás de síntese 509, 3 RmVh 4,95 RmVkg de coque de petróleo Finos 15,9 kg/h 0,155 kg/kg de coque de petróleo Alcatrão 1,85 kg/h 0,018 kg/kg de coque de petróleo Orgânicos 1,03 kg/h 0,010 kg/kg de coque de petróleo A taxa de conversão de carbono em gás foi de cerca de 82,4%. A composição do gás de sintese obtido (antes da depuração do H2S) é conforme a seguir (% em volume) na Tabela 14.

Tabela 14

Tipos % em Volume N2 58, 3 Ar 0,9 H2 10, 9 CO 19,1 CO2 9,0 CH4 0,8 C2H4 0,25 CxHy 0, 05 H2S + COS + NH3 0,7 A remoção de H2S e COS através de métodos de absorção

seletiva conhecidos irá levar os níveis de H2S no gás de síntese limpo até um nível traço.

As eficiências energéticas nesse Exemplo 6 conforme determinadas a partir do poder calorífico do gás de síntese [4,1 MJ/Rm3 como HHV e 3,9 MJ/Rm3 como LHV, R25°C e 1 atm] são conforme a seguir:

(a) proporção do LHV do gás de síntese em relação à matéria-prima asfaltênica: 0,55; (b) proporção do LHV dos finos em relação à matéria-prima asfaltênica: 0,14;

(c) proporção do LHV nos orgânicos em relação à matériaprima asfaltênica: 0,01; e

(d) energia recuperada nas diferentes unidades de recuperação de calor: 0,10.

A eficiência energética global é deste modo 0,80.

0 vapor usado no Exemplo 6 poderia necessitar de cerca de 150 MJ/h de energia de alimentação para ser produzido em 10 um gerador de vapor (eficiência de 80%). Tal energia poderia ser normalmente retirada do sistema, reduzindo deste modo a eficiência energética liquida global até cerca de 75,8%.

Embora a presente invenção tenha sido descrita aqui acima a titulo de suas modalidades específicas, ela pode ser modificada sem afastar-se da natureza e do escopo da matéria da invenção conforme definida nas reivindicações em anexo.

Claims

1. Método para a co-produção de um gás de síntese bruto contendo enxofre e um resíduo sólido essencialmente dessulfurizado a partir de uma matéria-prima de resíduo de petróleo pesado contendo enxofre compreendendo: (a) alimentar um reator de gaseificação em leito fluidizado borbulhante com uma matéria-prima particulada de resíduo de petróleo pesado contendo enxofre; (b) converter a referida matéria-prima de resíduo de petróleo pesado contendo enxofre em um gás de síntese bruto contendo enxofre através de uma reação de oxidação parcial da referida matéria-prima, a reação de oxidação parcial ocorrendo no reator de gaseificação em leito fluidizado borbulhante na presença de água e de um agente de oxidação parcial em uma temperatura de 1OOO C ou menos e uma pressão de cerca de 10 atm ou menos, deste modo também produzindo um resíduo sólido essencialmente dessulfurizado; e (c) recuperar separadamente o resíduo sólido essencialmente dessulfurizado e o gás de síntese bruto contendo enxofre, caracterizado pelo fato de que todas as reações envolvidas no método de co-produção, incluindo consumo de O2 como um oxidante a partir do agente de oxidação parcial, reações de reforma de vapor, reações carbono-vapor e reações de craqueamento, ocorrem no reator de gaseificação em leito fluidizado borbulhante a IOOO0C ou menos, juntamente com a reação de oxidação parcial.

2. Método para gaseificação de uma matéria-prima de residuo de petróleo pesado contendo enxofre sob condições de baixa severidade compreendendo: (a) alimentar um reator de gaseificação em leito fluidizado borbulhante com uma matéria-prima particulada de resíduo de petróleo pesado contendo enxofre; (b) converter a referida matéria-prima de resíduo de petróleo pesado contendo enxofre em um gás de síntese bruto contendo enxofre através de uma reação de oxidação parcial da matéria-prima, a reação de oxidação parcial ocorrendo no reator de gaseificação em leito fluidizado borbulhante na presença de água e de um agente de oxidação parcial em uma temperatura de IOOO0C ou menos e uma pressão de cerca de 10 atm ou menos, deste modo também produzindo um resíduo sólido essencialmente dessulfurizado; e (c) recuperar seletivamente o gás de síntese bruto contendo enxofre, caracterizado pelo fato de que todas as reações envolvidas no método de gaseificação, incluindo consumo de O2 como um oxidante a partir do agente de oxidação parcial, reações de reforma de vapor, reações carbono-vapor e reações de craqueamento, ocorrem no reator de gaseificação em leito fluidizado borbulhante a IOOO0C ou menos, juntamente com a reação de oxidação parcial.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a matéria-prima de residuo de petróleo pesado contendo enxofre é coque de petróleo ou um resíduo rico em asfaltênicos ou uma mistura dos mesmos.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o resíduo rico em asfaltênicos é asfalteno.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a matéria-prima particulada de resíduo de petróleo pesado contendo enxofre alimentada no reator de gaseificação em (a) tem uma distribuição de tamanho de partícula variando entre cerca de 0,1 e cerca de 5 mm.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de ainda compreender a moagem controlada da matéria-prima particulada de resíduo de petróleo pesado contendo enxofre antes da alimentação (a) , obtendo deste modo uma matéria-prima com uma distribuição de tamanho de partícula predeterminada.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a distribuição de tamanho de partícula predeterminada varia entre cerca de 0,1 e cerca de 5 mm, preferivelmente entre cerca de 0,2 e cerca de 5 mm, mais preferivelmente entre cerca de 0,2 e cerca de 2 mm.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a reação de oxidação parcial é conduzida com ar.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que ar é fornecido como um ar enriquecido com oxigênio.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de que água é fornecida em uma forma líquida ou gasosa ou ambas.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a pressão reacional é maior do que cerca de 1 atm.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a pressão reacional é menor do que cerca de 5 atm.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 12, caracterizado pelo fato de que a temperatura reacional varia entre cerca de 780°C e 1000°C, preferivelmente entre cerca de 950°C e 1000°C.

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 13, caracterizado pelo fato de que a temperatura reacional é de cerca de ou abaixo de cerca de 980°C.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 8 a 14, caracterizado pelo fato de que uma proporção equivalente λ para o ar no reator de gaseificação varia entre cerca de 0,15 e cerca de 0,5, preferivelmente entre cerca de 0,3 e cerca de 0,5, preferivelmente entre cerca de 0,35 e cerca de 0,45.

16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 10 a 15, caracterizado pelo fato de que água é fornecida tanto na forma de vapor quanto na forma líquida, em que uma proporção em peso de vapor em relação à matéria-prima varia entre cerca de 0,3 e cerca de 0,7, preferivelmente entre cerca de 0,4 e cerca de 0,7 e em que uma proporção em peso de água líquida em relação à matéria-prima varia entre cerca de 0,05 e cerca de 0,2, preferivelmente entre cerca de 0,10 e cerca de 0,15.

17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 16, caracterizado pelo fato de que um agente fluidizante no reator de gaseificação em leito fluidizado borbulhante é um material refratário compreendendo sílica, alumina, olivina, magnésia, crômia ou suas misturas.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o agente fluidizante tem um diâmetro de tamanho de partícula compreendido entre cerca de 300 e cerca de 500 μm.

19. Método, de acordo com a reivindicação 17 ou 18, caracterizado pelo fato de que o reator de gaseificação em leito fluidizado borbulhante é operado sob um regime de fluidização borbulhante caracterizado por velocidades variando entre mais de 0,6 e cerca de 1,8 m/s.

20. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 16, caracterizado pelo fato de que um agente fluidizante no reator de gaseificação em leito fluidizado borbulhante é a própria matéria-prima particulada do resíduo de petróleo pesado contendo enxofre.

21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o agente fluidizante é coque de petróleo e em que o referido coque de petróleo tem uma distribuição de tamanho de partícula compreendida entre cerca de 0,5 e cerca de 2 mm.

22. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o agente fluidizante é asfalteno e em que o referido asfalteno tem uma distribuição de tamanho de partícula compreendida entre cerca de 0,5 e cerca de 2 mm.

23. Método, de acordo com a reivindicação 20, 21 ou 22, caracterizado pelo fato de que o reator de gaseificação em leito fluidizado borbulhante é operado sob um regime de fluidização borbulhante caracterizado por velocidades variando entre cerca de 0,2 e cerca de 0,6 m/s.

24. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 8 a 23, caracterizado pelo fato de que ar ou água ou ambos são injetados no reator de gaseificação em vários locais predeterminados, permitindo deste modo que a reação de oxidação parcial seja efetuada em estágios.

25. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 24, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma remoção de enxofre do gás de síntese contendo enxofre.

26. Método, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que a remoção de enxofre é feita por depuração.

27. Método, de acordo com a reivindicação 25 ou 26, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma remoção de CO2 do gás de síntese antes ou depois da remoção de enxofre.

28. Método, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que a remoção de CO2 é feita por depuração.

29. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 28, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma recuperação de calor que resfria o gás de síntese até cerca de 4000C enquanto produz vapor para exportação.

30. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 29, caracterizado pelo fato de compreender ainda uma remoção intermitente de sólidos para controlar uma formação sólida na parte do fundo do reator de gaseificação.

31. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 30, caracterizado pelo fato de compreender ainda a pré-secagem da matéria-prima particulada de resíduo de petróleo pesado contendo enxofre antes da alimentação (b) no reator de gaseificação.

32. Método, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que a matéria-prima pré-seca tem um teor de umidade de cerca de 8,5% ou menos.