ES2711399T3 - Proceso para producir combustibles destilados y coque de grado ánodo a partir de residuos de vacío - Google Patents
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Abstract
Un proceso para el aprovechamiento de materias primas de hidrocarburos de residuos, que comprende: poner en contacto un hidrocarburo de residuos (10) e hidrógeno (12) con un catalizador de hidroconversión en un sistema reactor de hidroconversión de residuos (13); recuperar un efluente (15) del sistema reactor de hidroconversión de residuos (13); separar el efluente (15) del sistema reactor de hidroconversión de residuos (13) para recuperar dos o más fracciones de hidrocarburos (20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34) que incluyen al menos una fracción de residuos de vacío (34) y una fracción de gasóleo pesado de vacío (32); combinar al menos una porción de la fracción de gasóleo pesado de vacío (32) y al menos una porción de la fracción de residuos de vacío (34) para formar una fracción mixta de hidrocarburos pesados (35); alimentar al menos una porción de la fracción mixta de hidrocarburos pesados (35) a un coquizador (36); operar el coquizador (36) en condiciones para producir coque verde de grado ánodo (72) e hidrocarburos destilados (40); recuperar los hidrocarburos destilados (40) del coquizador (36); fraccionar los hidrocarburos destilados (40) recuperados del coquizador (36) para recuperar tres o más fracciones de hidrocarburos, que incluyen una fracción de destilados ligeros (21), una fracción de gasóleo pesado del coquizador (23), y una fracción de recirculación del coquizador (25).
Description
DESCRIPCION
Proceso para producir combustibles destilados y coque de grado anodo a partir de residuos de vado
Campo de la descripcion
Las realizaciones descritas en la presente memoria se refieren en general a procesos para el aprovechamiento de corrientes de residuos de vado derivadas de petroleo, arenas bituminosas, aceites de esquistos bituminosos, Kquidos del carbon, alquitranes de la gasificacion de carbon y crudos derivados biologicamente, entre otros. Mas particularmente, las realizaciones en la presente memoria se refieren a procesos para producir combustibles destilados y coque de grado anodo a partir de materias primas de hidrocarburos de residuos de vado. Incluso mas particularmente, las realizaciones descritas en la presente memoria se refieren a procesos para el aprovechamiento de materias primas de residuos de vado a productos de combustible destilado usando hidrocraqueo en lecho fluidizado o en suspension, coquizacion retardada, y aprovechamiento de gasoleo de vado en lecho catalttico fijo.
Antecedentes
Los procesos de coquizacion termica permiten que las refinenas de crudo de petroleo procesen los hidrocarburos mas pesados presentes en el petroleo, en las arenas bituminosas, y en otras fuentes de hidrocarburos. En general, los procesos de coquizacion termica emplean la descomposicion termica de alta severidad (o "craqueo") para maximizar la conversion de alimentaciones de residuos muy pesados y de bajo valor a productos de hidrocarburos de menor punto de ebullicion y alto valor. Las materias primas para estos procesos de coquizacion normalmente consisten en corrientes de procesos de refinena que no se pueden destilar, craquear catalfticamente, o procesar de otra forma adicional y economicamente para obtener corrientes de mezcla de grado combustible. Tfpicamente, estos materiales no son adecuados para operaciones cataltticas debido al ensuciamiento y/o desactivacion del catalizador por la ceniza y los metales. Materias primas comunes para la coquizacion incluyen residuos de destilacion atmosferica, residuos de destilacion a vado, aceites residuales de la unidad de craqueo catalttico, aceites residuales de la unidad de hidrocraqueo, y aceites residuales procedentes de otras unidades de la refinena.
Los tres tipos de procesos de coquizacion usados en las refinenas de crudo de petroleo e instalaciones de aprovechamiento para convertir las fracciones de hidrocarburos pesados en hidrocarburos mas ligeros y coque de petroleo incluyen la coquizacion retardada, la coquizacion fluida, y la coquizacion flexible. En estos tres procesos de coquizacion, el coque de petroleo se considera un subproducto que se tolera en interes de una conversion mas completa de los residuos de refinena en compuestos de hidrocarburos mas ligeros. Los hidrocarburos resultantes y otros productos se trasladan desde el recipiente de coquizacion a un fraccionador en forma de vapor. Los lfquidos craqueados mas pesados (por ejemplo, gasoleos) se usan comunmente como materias primas para su procesamiento adicional de refinena (por ejemplo, Unidades de Craqueo Catalftico en Lecho Fluidizado o FCCU, por sus siglas en ingles) que las transforman en una materia base para mezcla de combustible de transporte.
Las refinenas de crudo de petroleo han aumentado regularmente el uso de crudos mas pesados en sus mezclas de crudo debido a su mayor disponibilidad y menores costos. Estos crudos mas pesados tienen una mayor proporcion de componentes de hidrocarburos pesados, lo que aumenta la necesidad de capacidad de coquizacion. Por lo tanto, el coquizador a menudo se convierte en un cuello de botella que limita el rendimiento de la refinena. Ademas, estos crudos pesados a menudo contienen altas concentraciones de grandes estructuras aromaticas (por ejemplo, asfaltenos y resinas) que contienen altas concentraciones de azufre, nitrogeno, y metales pesados, tales como vanadio y rnquel.
Como resultado, las reacciones (o mecanismos) de coquizacion son sustancialmente diferentes y tienden a producir una estructura cristalina (o morfologfa) de coque mas densa y compacta (frente a una estructura de tipo esponja) con altas concentraciones de contaminantes indeseables en el coque de petroleo y en los gasoleos del coquizador. Desafortunadamente, muchas de las mejoras tecnologicas que intentan lidiar con lo anterior (capacidad de la planta/cuellos de botella, cambios en la composicion de la materia prima, etc.) han disminuido sustancialmente la calidad del coque de petroleo resultante. La mayona de las mejoras tecnologicas y los crudos acidos pesados tienden a desplazar el coque de petroleo desde un coque de tipo esponja porosa hacia un coque compacto con altas concentraciones de impurezas indeseables. Los cambios resultantes en la calidad del coque pueden requerir un cambio importante en la comercializacion del coque (por ejemplo, de grado anodo a grado combustible) y disminuir dramaticamente el valor del coque. Los cambios en la tecnologfa y los cambios asociados a la alimentacion pueden tener como resultado un descenso en la calidad del coque de grado combustible, con menor materia volatil y poder calonfico superior, entre otras propiedades, haciendo que el coque de grado combustible producido sea menos deseable.
El Documento de Patente de los EE.UU. de Numero US 20100122931 describe un proceso que comprende enviar un residuo de vado a una unidad de hidrocraqueo en suspension (SHC, por sus siglas en ingles), fraccionar el efluente en una columna de destilacion atmosferica para recuperar fracciones destiladas de la unidad de SHC (por sus siglas en ingles) y una corriente combinada de gasoleo de unidad de SHC (por sus siglas en ingles)/corriente de alquitran de unidad de SHC (por sus siglas en ingles), opcionalmente enviar la corriente de gasoleo de unidad de SHC (por sus siglas en ingles)/alquitran de unidad de SHC (por sus siglas en ingles) a una unidad de separacion subita a vado
intermedia, enviar la corriente de gasoleo de unidad SHC (por sus siglas en ingles)/alquitran de unidad de SHC (por sus siglas en ingles) a un coquizador, y fraccionar el efluente del coquizador para recuperar fracciones destiladas del coquizador y un producto de cola que se combina con la materia prima de residuo de vado.
Resumen de las realizaciones reivindicadas
En un aspecto, las realizaciones descritas en la presente memoria se refieren a un proceso para el aprovechamiento de materias primas de hidrocarburos de residuos de vado. El proceso puede incluir: poner en contacto un hidrocarburo de residuos e hidrogeno con un catalizador de hidroconversion en un sistema reactor de hidroconversion de residuos; recuperar un efluente del sistema reactor de hidroconversion de residuos; separar el efluente del sistema reactor de hidroconversion de residuos para recuperar dos o mas fracciones de hidrocarburos que incluyen al menos una fraccion de residuos de vado y una fraccion de gasoleo pesado de vado; combinar al menos una porcion de la fraccion de gasoleo pesado de vado y al menos una porcion de la fraccion de residuos de vado para formar una fraccion mixta de hidrocarburos pesados; alimentar al menos una porcion de la fraccion mixta de hidrocarburos pesados a un coquizador; operar el coquizador en condiciones para producir coque verde de grado anodo e hidrocarburos destilados; recuperar los hidrocarburos destilados del coquizador; fraccionar los hidrocarburos destilados recuperados del coquizador para recuperar tres o mas fracciones de hidrocarburos que incluyen una fraccion de destilados ligeros, una fraccion de gasoleo pesado del coquizador, y una fraccion de recirculacion del coquizador.
En otro aspecto, las realizaciones en la presente memoria se refieren a un sistema para el aprovechamiento de materias primas de hidrocarburos de residuos. El sistema puede incluir: un sistema reactor de hidroconversion de residuos para poner en contacto un hidrocarburo de residuos e hidrogeno con un catalizador de hidroconversion; un sistema de fraccionamiento para separar un efluente recuperado procedente del sistema reactor de hidroconversion de residuos en dos o mas fracciones de hidrocarburos que incluyen al menos una fraccion de residuos de vado y una fraccion de gasoleo pesado de vado; un dispositivo de mezcla para combinar al menos una porcion de la fraccion de gasoleo pesado de vado y al menos una porcion de la fraccion de residuos de vado para formar una fraccion mixta de hidrocarburos pesados; un coquizador para convertir la fraccion mixta de hidrocarburos pesados para producir coque verde de grado anodo e hidrocarburos destilados; un sistema de fraccionamiento para fraccionar los hidrocarburos destilados recuperados del coquizador en tres o mas fracciones de hidrocarburos que incluyen una fraccion de destilados ligeros, una fraccion de gasoleo pesado del coquizador, y una fraccion de recirculacion del coquizador.
Otros aspectos y ventajas seran evidentes a partir de la siguiente descripcion y de las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripcion de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama de flujo del proceso simplificado de un proceso para el aprovechamiento de materias primas de hidrocarburos de residuos segun las realizaciones descritas en la presente memoria.
La Figura 2 es un diagrama de flujo del proceso simplificado de un proceso para el aprovechamiento de materias primas de hidrocarburos de residuos segun las realizaciones descritas en la presente memoria.
La Figura 3 es un diagrama de flujo del proceso simplificado de una parte de un proceso para el aprovechamiento de materias primas de hidrocarburos de residuos segun las realizaciones en la presente memoria.
Los numeros similares representan partes iguales en todas las figuras.
Descripcion detallada
En un aspecto, las realizaciones en la presente memoria se refieren en general a procesos para el aprovechamiento de corrientes de residuos de vado derivadas de petroleo, arenas bituminosas, aceites de esquistos bituminosos, lfquidos del carbon, alquitranes procedentes de la gasificacion de carbon y crudos derivados biologicamente, entre otros. Mas particularmente, las realizaciones en la presente memoria se refieren a procesos para producir combustibles destilados y coque de grado anodo a partir de materias primas de hidrocarburos de residuos de vado. Incluso mas particularmente, las realizaciones descritas en la presente memoria se refieren a procesos para el aprovechamiento de materias primas de residuos de vado a productos de combustible destilado usando hidrocraqueo en suspension o en lecho fluidizado, coquizacion retardada, y aprovechamiento de gasoleo de vado en lecho catalttico fijo.
Los procesos de hidroconversion descritos en la presente memoria se pueden usar para hacer reaccionar materias primas de hidrocarburos de residuos en condiciones de temperaturas y presiones elevadas en presencia de hidrogeno y de uno o mas catalizadores de hidroconversion para convertir la materia prima en productos de peso molecular mas bajo con niveles reducidos de contaminantes (tales como azufre y/o nitrogeno). Los procesos de hidroconversion pueden incluir, por ejemplo, hidrogenacion, desulfuracion, desnitrogenacion, craqueo, conversion, desmetalizacion, y eliminacion de metales, eliminacion del Residuo de Carbono Conradson (CCR, por sus siglas en ingles) o de asfaltenos, etc.
Como se usa en la presente memoria, fracciones de hidrocarburos de residuos, o terminos similares que se refieren a
hidrocarburos de residuos, se definen como una fraccion de hidrocarburos con puntos de ebullicion o un intervalo de ebullicion por encima de aproximadamente 340°C, pero tambien podna incluir la totalidad de un crudo pesado que se procesa. Materias primas de hidrocarburos de residuos que se pueden usar con los procesos descritos en la presente memoria pueden incluir varias corrientes de refinena y otras corrientes de hidrocarburos, tales como residuos de la destilacion atmosferica o a vado del petroleo, aceites desasfaltados, alquitran desasfaltado, colas de la torre de destilacion a vado o colas de la torre de destilacion atmosferica hidrocraqueadas, gasoleos de vado directos, gasoleos de vado hidrocraqueados, aceites de craqueo catalftico en lecho fluidizado (FCC, por sus siglas en ingles), gasoleos de vado procedentes de un proceso de hidrocraqueo en lecho fluidizado, aceites derivados de esquistos bituminosos, aceites derivados del carbon, betun de arenas bituminosas, aceites residuales, aceites crudos derivados biologicamente, aceites negros, asf como otras corrientes similares de hidrocarburos, o una combinacion de estos, cada uno de los cuales puede ser directo, derivado de un proceso, hidrocraqueado, parcialmente desulfurado, y/o parcialmente desmetalizado. En algunas realizaciones, las fracciones de hidrocarburos de residuos pueden incluir hidrocarburos con un punto de ebullicion normal de al menos 480°C, al menos 524°C, o al menos 565°C.
En algunas realizaciones, la materia prima de residuos tiene un contenido de metales de menos de aproximadamente 100 ppm de mquel y menos de aproximadamente 200 ppm de vanadio, un contenido de azufre de menos de aproximadamente el 2,5 por ciento en peso, y un contenido de asfaltenos de menos de aproximadamente el 12 por ciento en peso. En diversas realizaciones, el residuo puede incluir al menos uno de un residuo de destilacion atmosferica o a vado de petroleo, aceites desasfaltados, alquitran desasfaltado, colas de la torre de destilacion a vado o colas de la torre de destilacion atmosferica hidrocraqueadas, gasoleo de vado directo, gasoleo de vado hidrocraqueado, aceites de craqueo catalftico en lecho fluidizado (FCC, por sus siglas en ingles), gasoleo de vado procedente de un proceso de fluidizado, aceites derivados de esquistos bituminosos, aceites derivados del carbon, aceites crudos derivados biologicamente, betun de arenas bituminosas, aceites residuales, aceites negros. Por ejemplo, el hidrocarburo de residuos se puede derivar a partir de uno o mas de aceites de crudo de petroleo Arabigo Pesado, Arabigo Ligero, Arabigo Medio, Kuwait Exportacion, Basora Ligero, Rubble, Barem, Oman, Zakum Superior, REBCO, Kumkol, Ural, Azen Ligero, Siberiano Ligero, Siberiano Pesado, y Tengiz. Los aceites derivados de esquistos bituminosos se pueden generar ya sea en un proceso de extraccion in situ o en un proceso de filtracion de aceites de esquistos bituminosos sobre el terreno. Los aceites derivados de la gasificacion del carbon se pueden derivar a partir de un gasificador de lecho fijo o de un gasificador de lecho fluidizado, o de un gasificador de lecho movil. Los aceites derivados del carbon se pueden derivar a partir de una unidad de pirolisis o de una unidad de licuefaccion hidrotermica o de una unidad de hidrolicuefaccion termica o de una unidad de hidrolicuefaccion catalttica.
En referencia ahora a la Figura 1, se ilustra un diagrama de flujo de proceso simplificado de un proceso para el aprovechamiento de materias primas de hidrocarburos de residuos. Una fraccion de hidrocarburos de residuos 10 (residuo 10 ) e hidrogeno 12 se pueden alimentar a un sistema reactor de hidroconversion 13, que puede incluir uno o mas reactores de hidroconversion en serie o en paralelo. En el sistema reactor de hidroconversion 13, el residuo y el hidrogeno se pueden poner en contacto con un catalizador de hidroconversion para convertir al menos una porcion del residuo a hidrocarburos ligeros, desmetalizar los metales contenidos en el residuo, eliminar el Residuo de Carbono Conradson, o convertir de otra manera el residuo a productos utiles.
Reactores de hidroconversion utiles en las realizaciones de la presente memoria pueden incluir reactores o sistemas reactor de hidroconversion en lecho fluidizado, asf como sistemas reactor de hidrocraqueo en suspension, sistemas reactor de hidrocraqueo de VGO (por sus siglas en ingles) en lecho fijo, y/o sistemas reactor de hidrocraqueo de VGO (por sus siglas en ingles) en lecho fluidizado. En algunas realizaciones, los sistemas reactor de hidrocraqueo en lecho fijo pueden incluir uno o mas como los descritos en los Documentos de Patente de los EE.UU. de Numeros US 6.797.154; 6,783,660; 6,514,403; 6,224,747; 6.200.462; 6.096.190; 5,925,235; 5,593,570; 5,439,860; y 5.277.793.
Los indices de conversion en el sistema reactor de hidroconversion de residuos 13 pueden ser al menos el 50 % en algunas realizaciones, tales como al menos el 70 % o al menos el 85 % en otras realizaciones. El sistema reactor de hidroconversion de residuos 13 se puede operar a una presion aproximada en el intervalo de aproximadamente 6,9 MPa (1.000 psig) a aproximadamente 27,6 MPa (4.000 psig), a una LHSV (por sus siglas en ingles) en el intervalo de aproximadamente 0,1 L/h/L a aproximadamente 4,0 L/h/L, a una temperatura de reactor en el intervalo de aproximadamente 400°C a aproximadamente 500°C, una relacion de hidrogeno/materia prima de residuos de vado de entre aproximadamente 354-1.062 m3/m2 (2.000-6.000 SCF/Bbl), a una tasa de reposicion de catalizador fresco en el intervalo de aproximadamente 0,29 (0,1) a aproximadamente 1,7 kg/m3(0,6 lb/Bbl de materia prima de residuos de vado). Catalizadores utiles en el sistema reactor de hidroconversion 13 puede incluir uno o mas de mquel, cobalto, wolframio, molibdeno y combinaciones de los mismos, ya sea no soportado o soportado sobre un sustrato poroso tal como sflice, alumina, titania, o combinaciones de los mismos, como se describira con mas detalle a continuacion.
Despues de la conversion en el sistema reactor de lecho fluidizado 13, los hidrocarburos parcialmente convertidos se pueden recuperar a traves de la lmea de flujo 15 y alimentarse a un sistema de fraccionamiento 18 para recuperar dos o mas fracciones de hidrocarburos que incluyen al menos una fraccion de residuo de vado y una fraccion de gasoleo pesado de vado. Como se ilustra, el sistema de fraccionamiento 18 se puede usar para recuperar un gas de escape 20 que contiene los gases de hidrocarburos ligeros y sulfuro de hidrogeno (H2S), una fraccion de nafta ligera 22, una fraccion de nafta pesada 24, una fraccion de queroseno 26, una fraccion de diesel 28, una fraccion de gasoleo ligero de vado 30, una fraccion de gasoleo pesado de vado 32, y una fraccion de residuos de vado 34. En algunas realizaciones, se puede reciclar una porcion de la fraccion del residuo de vado 34, tal como a traves de la lmea de
flujo 37, para su procesamiento adicional en el sistema reactor de hidroconversion en lecho fluidizado 13. Por ejemplo, la fraccion de residuos de vado 34 o una porcion de la misma se puede combinar con al menos una porcion de la fraccion de gasoleo pesado de vado 32 para formar una fraccion mixta de hidrocarburos pesados 35. En algunas realizaciones, las condiciones aguas arriba y las relaciones de la alimentacion se pueden controlar de modo que la fraccion mixta de hidrocarburos pesados 35 tenga un contenido de mquel de menos de aproximadamente 70 ppm en peso, un contenido de vanadio de menos de aproximadamente 70 ppm en peso, una relacion de asfaltenos/Residuo de Carbono Conradson (CCR, por sus siglas en ingles) de menos de 0,7 a 1, tal como menos de 0,5/1 o menos de 0,3/1, y un contenido total de azufre de menos de aproximadamente 24.000 ppm en peso.
La fraccion mixta de hidrocarburos pesados 35 se puede alimentar luego a un sistema coquizador 36, que se puede operar en condiciones para producir coque verde de grado anodo e hidrocarburos destilados. En algunas realizaciones, el sistema coquizador 36 puede incluir una o mas unidades de coquizacion retardada (coquizadores retardados).
El coquizador se puede operar a una temperatura de salida del serpentm del calentador de al menos 500°C, tal como al menos 520°C, a una presion en el intervalo de aproximadamente 0,1 MPa (20 psig) a aproximadamente 0,2 MPa (35 psig). La temperatura de salida del vapor del tambor de coque se puede controlar para que sea al menos 450°C, al menos 460°C, al menos 470°C, o al menos 480°C. Los tiempos de secado despues del ciclo de coquizacion pueden ser al menos 2 horas, al menos 4 horas, al menos 6 horas, o al menos 8 horas, en varias realizaciones. Por ejemplo, la temperatura de salida del vapor del tambor de coque se puede controlar para que sea al menos 470°C o 480°C con tiempos de secado de al menos 5 horas y preferiblemente de al menos 8 horas, o a temperaturas de al menos 450°C o de al menos 460°C con un tiempo de secado de al menos 6 horas o de al menos 7 horas, donde el secado se lleva a cabo mediante el paso de una corriente de vapor sobrecalentado a traves del tambor de coque lleno.
Los hidrocarburos destilados se pueden recuperar del sistema de coquizacion 36 a traves de la lmea de flujo 40 y se pueden fraccionar en un sistema de fraccionamiento 38 para recuperar tres o mas fracciones de hidrocarburos, tal como una fraccion de destilados ligeros 21, una fraccion de gasoleo pesado del coquizador 23, y una fraccion de recirculacion del coquizador 25. En algunas realizaciones, la fraccion de gasoleo pesado del coquizador 23 tiene un fndice Polidclico basado en Espectrofotometna de Absorcion Ultravioleta de menos de 10.000, tal como menos de aproximadamente 6.000 o menos de aproximadamente 4.000.
En algunas realizaciones, la fraccion mixta de hidrocarburos pesados 35 se puede mezclar con la fraccion de recirculacion del coquizador 25 para formar una mezcla de alimentacion del coquizador 39. Como las propiedades del coque resultante se pueden ver afectadas por la calidad de la alimentacion, puede ser deseable limitar la cantidad de la fraccion de recirculacion del coquizador en la mezcla de alimentacion del coquizador. En algunas realizaciones, la fraccion de recirculacion del coquizador constituye menos del 30 por ciento en peso de la mezcla de alimentacion del coquizador, tal como desde aproximadamente el 15 por ciento en peso hasta aproximadamente el 25 por ciento en peso de la mezcla de alimentacion del coquizador.
La fraccion de gasoleo pesado del coquizador 23 y el hidrogeno 29 se pueden poner en contacto con un catalizador de hidroconversion en un sistema reactor de hidroconversion 94, que puede incluir uno o mas reactores de hidroconversion en lecho fijo, para convertir al menos una porcion de la fraccion de gasoleo pesado del coquizador 23 a hidrocarburos de grado de combustibles destilados. Se puede recuperar un efluente 96 del sistema reactor de hidroconversion 94 y fraccionarlo en un sistema de fraccionamiento para formar dos o mas fracciones de hidrocarburos. Por ejemplo, el efluente 96 se puede separar en un gas de salida 99 que contiene gases de hidrocarburos ligeros, una fraccion de nafta ligera 100, una fraccion de nafta pesada 102, una fraccion de queroseno 104, una fraccion de diesel 106, una fraccion de gasoleo ligero de vado 108, una fraccion de gasoleo pesado 110, y una fraccion de residuos de vado 112. Una o mas de estas fracciones se pueden reciclar opcionalmente al sistema reactor de hidroconversion 13, al sistema de fraccionamiento 38, al sistema reactor 94, o al sistema coquizador 36.
El coque verde de grado anodo producido segun los procesos en la presente memoria puede tener las siguientes propiedades: mquel menos de aproximadamente 175 ppm; vanadio menos de aproximadamente 250 ppm; azufre menos de aproximadamente 35.000 ppm en peso; fndice de Capacidad de Molienda de Hardgrove (HGI, por sus siglas en ingles) de menos de aproximadamente 100, y Materia Combustible Volatil de menos de aproximadamente el 12 % en peso. Con el fin de hacer coque verde de grado anodo segun las realizaciones de la presente memoria, que es de mucho mas alto en valor comercial en comparacion con el coque de petroleo normal o de "grado de combustible", la unidad de hidroconversion inicial y la unidad de coquizacion retardada tienen que operar en un intervalo espedfico de severidades dictadas por la naturaleza de la materia prima de residuos a vado en particular. Para producir coque de grado anodo, la unidad de lecho fluidizado se debe operar a la severidad adecuada para producir un aceite de residuo de vado no convertido adecuado para la conversion en una unidad de Coquizacion Retardada para producir un coque verde con las especificaciones correctas para producir coque de grado anodo. La severidad de la Coquizacion Retardada tendra que ser controlada con el fin de alcanzar las especificaciones requeridas para el coque de grado anodo. La combinacion de las severidades de operacion correctas tanto en la unidad de hidrocraqueo en lecho fluidizado como en la unidad de coquizacion retardada no es obvia ni trivial.
En algunas realizaciones, el sistema coquizador 36 se puede operar a una Relacion de Rendimiento del Coquizador, definida como la suma de la velocidad de la alimentacion fresca del coquizador mas la velocidad de la recirculacion
de los Kquidos del coquizador dividida por la velocidad de la alimentacion fresca del coquizador sobre una base volumetrica Kquida, de menos de aproximadamente 1,25/1, tal como menos de aproximadamente 1,20/1 o menos de aproximadamente 1,15/1.
En referencia ahora a la Figura 2, se ilustra un diagrama de flujo del proceso simplificado de los procesos segun las realizaciones de la presente memoria para el aprovechamiento de hidrocarburos de residuos y para la produccion de coque verde de grado anodo. Una fraccion de hidrocarburos de residuos (residuo) 10 e hidrogeno 12 se pueden alimentar a un sistema reactor de lecho fluidizado 14, que puede incluir uno o mas reactores de lecho fluidizado dispuestos en serie o en paralelo, en donde se ponen en contacto los hidrocarburos y el hidrogeno con un catalizador de hidroconversion para reaccionar al menos una porcion del residuo con hidrogeno para formar hidrocarburos ligeros, desmetalizar los metales contenidos en el residuo, eliminar el Residuo de Carbono Conradson, o convertir de otra maneral el residuo de destilacion a productos utiles.
Los reactores en el sistema reactor de lecho fluidizado 14 se pueden operar a temperaturas en el intervalo de aproximadamente 380°C a aproximadamente 450°C, a presiones parciales de hidrogeno en el intervalo de aproximadamente 7 MPa (70 bares) a aproximadamente 17 MPa (170 bares), y a velocidades espaciales por hora del lfquido (LHSV, por sus siglas en ingles) en el intervalo de aproximadamente 0,2 h-1 a aproximadamente 2,0 h-1. Dentro de los reactores de lecho fluidizado, el catalizador se puede volver a mezclar y mantener en un movimiento aleatorio mediante la recirculacion del producto lfquido. Esto se puede lograr separando primero el aceite recirculado de los productos gaseosos. El aceite se puede recircular luego por medio de una bomba externa, o, como se ilustra, por una bomba con un impulsor montado en la cabeza inferior del reactor.
Las conversiones objetivo en el sistema reactor de lecho fluidizado 14 pueden estar en el intervalo de aproximadamente el 30 % en peso a aproximadamente el 75 % en peso, tal como mayores de aproximadamente el 50 %, mayores de aproximadamente el 70 %, o mayores de aproximadamente el 85 %, donde la conversion puede depender de las condiciones de operacion y de las propiedades de la materia prima que se esta procesando. En cualquier caso, las conversiones objetivo se deben mantener por debajo del nivel donde la formacion de sedimentos se vuelve excesiva y, por lo tanto, impide la continuidad de las operaciones. Ademas de convertir los hidrocarburos de residuos a hidrocarburos ligeros, la eliminacion de azufre puede estar en el intervalo de aproximadamente el 40 % en peso a aproximadamente el 65 % en peso, la eliminacion de metales puede estar en el intervalo de aproximadamente el 40 % en peso al 65 % en peso, y la eliminacion del Residuo de Carbono Conradson (CCR, por sus siglas en ingles) puede estar en el intervalo de aproximadamente el 30 % en peso a aproximadamente el 60 % en peso.
La severidad del reactor se puede definir como la temperatura promedio del catalizador en grados Fahrenheit de los catalizadores cargados en el uno o mas reactores de hidrocraqueo en lecho fluidizado multiplicada por la presion parcial promedio de hidrogeno de los reactores de hidrocraqueo en lecho fluidizado en bares absolutos y divididos por la LHSV (por sus siglas en ingles) en los reactores de hidrocraqueo en lecho fluidizado. La severidad del reactor del sistema reactor de lecho fluidizado 14 puede estar en el intervalo de aproximadamente 105.000°F-Bar-h a aproximadamente 446.000°F-Bar-h.
Despues de la conversion en el sistema reactor de lecho fluidizado 14, los hidrocarburos parcialmente convertidos se pueden recuperar a traves de la lmea de flujo 16 como un efluente mixto de vapor/lfquido y alimentarse a un sistema de fraccionamiento 18 para recuperar una o mas fracciones de hidrocarburos. Como se ilustra, el sistema de fraccionamiento 18 se puede usar para recuperar un gas de escape 20 que contiene los gases de hidrocarburos ligeros y sulfuro de hidrogeno (H2S), una fraccion de nafta ligera 22, una fraccion de nafta pesada 24, una fraccion de queroseno 26, una fraccion de diesel 28, una fraccion de gasoleo ligero de vacm 30, una fraccion de gasoleo pesado de vacfo 32, y una fraccion de residuos de vacm 34. En algunas realizaciones, se puede reciclar una porcion de la fraccion de residuos de vacm 34, tal como a traves de la lmea de flujo 37, para su procesamiento adicional en el sistema reactor de hidroconversion en lecho fluidizado 14.
El sistema de fraccionamiento 18 (no ilustrado en detalle) puede incluir, por ejemplo, un separador de alta presion y alta temperatura (HP/HT, por sus siglas en ingles) para separar el vapor efluente de los lfquidos efluentes. El vapor separado se puede enviar a traves de una seccion de enfriamiento, purificacion, y compresion de gases de reciclado, o se puede procesar primero a traves de un Sistema Reactor de Hidroprocesado Integrado (IHRS, por sus siglas en ingles), que puede incluir uno o mas reactores de hidroconversion adicionales, solo o en combinacion con destilados externos y/o destilados generados en el proceso de hidrocraqueo y, posteriormente, enviarlo a una seccion de enfriamiento, purificacion, y compresion de gases.
El lfquido separado del separador de HP/HT (por sus siglas en ingles) se puede someter a destilacion subita y enviarlo a un sistema de destilacion atmosferica junto con otros productos de destilado recuperados de la seccion de enfriamiento y purificacion de gases. Las colas de las torres atmosfericas, tales como los hidrocarburos con un punto de ebullicion inicial de al menos aproximadamente 340°C, tales como con un punto de ebullicion inicial en el intervalo de aproximadamente 340°C a aproximadamente 427°C, se pueden procesar adicionalmente luego a traves de un sistema de destilacion a vacm para recuperar los destilados de vacm.
El producto de cola de la torre de vacm, tal como los hidrocarburos con un punto de ebullicion inicial de al menos aproximadamente 480°C, tal como con un punto de ebullicion inicial en el intervalo de aproximadamente 480°C a
aproximadamente 565°C, se puede enviar luego con una porcion de la fraccion de gasoleo pesado de vado 32, como una materia prima mixta del coquizador 35, a un sistema de coquizacion 36 para la produccion de coque verde de grado anodo.
La materia prima del coquizador 35 se puede introducir en la parte inferior de un fraccionador del coquizador 38, donde se combina con los hidrocarburos condensados procedentes de la corriente de vapor del coquizador 40. La mezcla resultante 42 se bombea luego a traves de un calentador del coquizador 44, donde se calienta a la temperatura de coquizacion deseada, tal como entre 454°C (850°F) y 593°C (1.100°F), causando una vaporizacion parcial y un craqueo leve de la materia prima del coquizador. La temperatura de la materia prima del coquizador calentada 46 se puede medir y controlar mediante el uso de un sensor de temperatura 48 que envfa una senal a una valvula de control 50 para regular la cantidad de combustible 52 que se alimenta al calentador 44. Si se desea, se puede inyectar vapor o agua de alimentacion de caldera 54 en el calentador para reducir la formacion de coque en los tubos 56.
La materia prima del coquizador calentada 46 se puede recuperar del calentador del coquizador 44 como una mezcla de vapor-lfquido para alimentar a los tambores de coquizacion 58. Se pueden usar dos o mas tambores 58 en paralelo para proporcionar una operacion en continuo durante el ciclo de operacion (produccion de coque, recuperacion de coque (descoquizacion), preparacion para el siguiente ciclo de produccion de coque, repeticion). Se proporciona suficiente tiempo de residencia en el tambor de coquizacion 58 para permitir que se completen las reacciones de craqueo termico y de coquizacion. De esta manera, la mezcla vapor-lfquido se craquea termicamente en el tambor de coquizacion 58 para producir hidrocarburos ligeros, que se vaporizan y salen del tambor de coque a traves de la lmea de flujo 60. El coque de petroleo y algunos residuos (por ejemplo, hidrocarburos craqueados) permanecen en el tambor de coquizacion 58. Cuando el tambor de coquizacion 58 esta suficientemente lleno de coque, termina el ciclo de coquizacion. La materia prima del coquizador calentada 46 se cambia luego desde el primer tambor de coquizacion 58 a un tambor de coquizacion paralelo para iniciar su ciclo de coquizacion. Mientras tanto, comienza el ciclo de descoquizacion en el primer tambor de coquizacion.
En el ciclo de descoquizacion, se enfna el contenido del tambor de coquizacion, se eliminan los hidrocarburos volatiles restantes, se perfora o se extrae de otra manera el coque del tambor de coquizacion, y se preparara el tambor de coquizacion para el siguiente ciclo de coquizacion. El enfriamiento del coque normalmente ocurre en tres etapas distintas. En la primera etapa, el coque se enfna y se extrae mediante vapor u otro medio de extraccion 62 para maximizar economicamente la eliminacion de hidrocarburos recuperables arrastrados o que de otra manera permanecen en el coque. En la segunda etapa de enfriamiento, se inyecta agua u otro medio de enfriamiento 64 para reducir la temperatura del tambor de coquizacion mientras se evita el choque termico al tambor de coquizacion. El agua evaporada procedente de este medio de enfriamiento promueve aun mas la eliminacion de hidrocarburos vaporizables adicionales. En la etapa final de enfriamiento, el tambor de coquizacion se enfna rapidamente con agua u con otro medio de enfriamiento rapido 66 para disminuir rapidamente la temperatura del tambor de coquizacion a condiciones favorables para la eliminacion segura del coque. Una vez que se completa el enfriamiento rapido, se retiran las cubiertas inferior y superior 68, 70 del tambor de coquizacion 58. El coque verde de grado anodo 72 se extrae luego del tambor de coquizacion. Despues de la extraccion del coque, se colocan de nuevo las cubiertas del tambor de coquizacion 68, 70, se precalienta el tambor de coquizacion 58, y se prepara para el siguiente ciclo de coquizacion.
Los vapores de hidrocarburos ligeros recuperados como una fraccion de cabeza 60 procedentes del tambor de coquizacion 58 se transfieren luego al fraccionador del coquizador 38 como una corriente de vapor del coquizador 40, donde se separan en dos o mas fracciones de hidrocarburos y se recuperan. Por ejemplo, del fraccionador se pueden extraer una fraccion de gasoil pesado del coquizador (HCGO, por sus siglas en ingles) 74, y una fraccion de gasoil ligero del coquizador (LCGO, por sus siglas en ingles) 76 a los intervalos de temperatura de ebullicion deseados. El HCGO (por sus siglas en ingles) puede incluir, por ejemplo, hidrocarburos con un punto de ebullicion en el intervalo de 343°C-464°C (650-870°F). El LCGO (por sus siglas en ingles) puede incluir, por ejemplo, hidrocarburos con un punto de ebullicion en el intervalo de 204°C-343°C (400-650°F). En algunas realizaciones, tambien se pueden recuperar otras fracciones de hidrocarburos del fraccionador del coquizador 38, tal como una fraccion de aceite de enfriamiento rapido 78, que puede incluir hidrocarburos mas pesados que el HCGO (por sus siglas en ingles), y/o una fraccion de aceite de lavado 80. La corriente de cabeza del fraccionador, la fraccion de gas humedo del coquizador 82, va a un separador 84, donde se separa en una fraccion de gas seco 86, una fraccion de agua/acuosa 88, y una fraccion de nafta 90. Una porcion de la fraccion de nafta 90 se puede devolver al fraccionador como un reflujo 92. Tambien se pueden usar otros esquemas de fraccionamiento, y pueden dar lugar a fracciones ligeras de gas de petroleo, fracciones de nafta del coquizador, fracciones de diesel del coquizador, y/u otras fracciones de hidrocarburos, segun se desee.
La temperatura de los materiales dentro del tambor de coquizacion 58 a lo largo de la etapa de formacion de coque y de la etapa de secado se puede usar para controlar el tipo de estructura cristalina del coque y la cantidad de material combustible volatil en el coque. La temperatura de los vapores que salen del tambor de coque a traves de la lmea de flujo 60 es, por lo tanto, un importante parametro de control usado para representar la temperatura de los materiales dentro del tambor de coquizacion 58 durante el proceso de coquizacion, y se puede controlar como se describe en la presente memoria.
La temperatura de la fraccion de vapor de cabeza del tambor de coquizacion 60 se puede usar para monitorear y
controlar el proceso de coquizacion y la calidad del producto de coque (contenido de VCM, por sus siglas en ingles, estructura cristalina, etc.). En algunas realizaciones, la temperatura del producto de vapor recuperado del tambor de coquizacion se puede controlar, por ejemplo, mediante el uso de un sistema de control digital (DCS, por sus siglas en ingles) o mediante el uso de otros sistemas de control de procesos para que este dentro del intervalo de aproximadamente 371°C (700°F) a aproximadamente 482°C (90o°F); en el intervalo de aproximadamente 385°C (725°F) a aproximadamente 468°C (875°F) en otras realizaciones; en el intervalo de aproximadamente 399°C (750°F) a aproximadamente 454°C (850°F) en otras realizaciones; y en el intervalo de aproximadamente 413°C (775°F) a aproximadamente 427°C (800°F) en otras realizaciones adicionales. En algunas realizaciones, la temperatura de salida del calentador del coquizador puede estar en el intervalo de aproximadamente 482°C (900°F) a aproximadamente 593°C (1.100°F). El DCS (por sus siglas en ingles) tambien se puede usar para controlar el ciclo de descoquizacion, como se describe a continuacion.
Para inhibir la formacion de coque compacto y/o para promover la formacion del deseable coque de tipo esponja se pueden anadir diversos agentes qmmicos y/o biologicos al proceso de coquizacion. En realizaciones particulares, se puede anadir un agente antiespumante, tal como un aditivo a base de silicio. Los agentes qmmicos y/o biologicos se pueden anadir en cualquier punto del proceso.
Tras la conversion y el fraccionamiento en el sistema coquizador 36 y en el sistema de fraccionamiento 38, la fraccion de gasoleo pesado del coquizador 74 se puede alimentar a un sistema reactor de hidroconversion 94, que puede incluir uno o mas reactores de hidroconversion en lecho fijo. Los reactores de hidroconversion en lecho fijo 94 pueden contener catalizadores de hidroprocesado adaptados a una o mas reacciones de hidroconversion tales como hidrocraqueo, hidrodesulfuracion, hidrodesnitrogenacion, saturacion de olefinas, hidrodesoxigenacion e hidrodesaromatizacion. En algunas realizaciones, los reactores de hidroconversion en lecho fijo 94 puede contener una mezcla de catalizadores de hidrotratamiento y catalizadores de hidrocraqueo. Ejemplos de catalizadores que se pueden usar, pero que no se limitan a estos, se pueden encontrar en los Documentos de Patente de los EE.UU. de Numeros US 4.990.243; US 5.215.955; y US 5.177.047. En algunas realizaciones, los reactores de hidroconversion en lecho fijo 94 pueden no proporcionar desmetalizacion alguna y pueden no ser necesarios catalizadores de desmetalizacion.
Despues de la reaccion, el efluente 96 recuperado del sistema reactor de hidroconversion 94 se puede enviar a un sistema de fraccionamiento 98 para la separacion del efluente en dos o mas fracciones de hidrocarburos. Por ejemplo, el efluente 96 se puede separar en un gas de salida 99 que contiene gases de hidrocarburos ligeros, una fraccion de nafta ligera 100, una fraccion de nafta pesada 102, una fraccion de queroseno 104, una fraccion de diesel 106, una fraccion de gasoleo ligero de vacfo 108, una fraccion de gasoleo pesado 110, y una fraccion de residuos de vacfo 112. Una o mas de estas fracciones se pueden reciclar opcionalmente al sistema reactor de hidroconversion 14, al sistema de fraccionamiento 38, al sistema reactor 94, o al sistema de coquizacion 36.
La Figura 3 ilustra una realizacion para el IHRS (por sus siglas en ingles) mencionado anteriormente; sin embargo, los expertos en la tecnica pueden imaginar facilmente otras realizaciones basandose en la siguiente descripcion. Los hidrocarburos parcialmente convertidos recuperados a traves de la lmea de flujo 16 procedentes del sistema reactor de lecho fluidizado 14 se pueden enfriar en un intercambiador de calor (no mostrado) y alimentarse a un separador V/L de HP/HT (por sus siglas en ingles) 120 donde se pueden separar una corriente de vapor 122 que incluye los productos ligeros y los destilados que hierven por debajo de aproximadamente el punto de ebullicion normal 538°C (1.000°F), y una corriente de lfquido 124 que incluye los residuos sin reaccionar, y procesar por separado en un equipo aguas abajo. La corriente de vapor 122 se puede alimentar a un reactor de hidroprocesado en lecho fijo 126 para realizar hidrotratamiento, hidrocraqueo o una combinacion de los mismos. Una corriente efluente 128 procedente del sistema reactor de IHRS (por sus siglas en ingles) en lecho fijo se alimenta a la torre atmosferica 18A del sistema de fraccionamiento 18 para recuperar diversas fracciones como se describe con respecto a la Figura 2. La corriente de lfquido 124 se puede enfriar en un intercambiador de calor (no mostrado) y despresurizar en un sistema de reduccion de presion (no mostrado) antes de ser alimentada a un sistema de fraccionamiento a vacfo 18B del sistema de fraccionamiento 18 para recuperar varias fracciones como se describe con respecto a la Figura 2.
Las composiciones de catalizadores de hidroconversion para su uso en el proceso de hidroconversion segun las realizaciones descritas en la presente memoria son bien conocidas por los expertos en la tecnica y varias composiciones estan disponibles comercialmente de W. R. Grace & Co., Criterion Catalysts & Technologies, y Albemarle, entre otros. Los catalizadores de hidroconversion adecuados pueden incluir uno o mas elementos seleccionados de los Grupos 4-12 de la Tabla Periodica de los Elementos. En algunas realizaciones, los catalizadores de hidroconversion segun las realizaciones descritas en la presente memoria pueden comprender, consistir en, o consistir esencialmente en uno o mas de mquel, cobalto, wolframio, molibdeno y combinaciones de los mismos, ya sea no soportado o soportado sobre un sustrato poroso tal como sflice, alumina, titania, o combinaciones de los mismos. Ya sea suministrado por un fabricante o como resultado de un proceso de regeneracion, los catalizadores de hidroconversion pueden estar en forma de oxidos metalicos, por ejemplo. En algunas realizaciones, los catalizadores de hidroconversion se pueden sulfurar previamente y/o acondicionar previamente antes de la introduccion en el(los) reactor(es) de hidrocraqueo.
Los catalizadores de hidrotratamiento de destilados que pueden ser utiles incluyen un catalizador seleccionado de aquellos elementos que se sabe que proporcionan actividad de hidrogenacion catalttica. Generalmente se elige al
menos un componente de metal seleccionado de los elementos de los Grupos 8-10 y/o de los elementos del Grupo 6. Los elementos del Grupo 6 pueden incluir cromo, molibdeno, y wolframio. Los elementos de los Grupos 8-10 pueden incluir hierro, cobalto, mquel, rutenio, rodio, paladio, osmio, iridio y platino. La(s) cantidad(es) del(de los) componente(s) de hidrogenacion en el catalizador vana(n) adecuadamente de aproximadamente el 0,5 % a aproximadamente el 10 % en peso del(de los) componente(s) de metal de los Grupos 8-10 y de aproximadamente el 5 % a aproximadamente el 25 % en peso del(de los) componente(s) de metal del Grupo 6, calculado como oxido(s) de metal por 100 partes en peso del total del catalizador, donde los porcentajes en peso se basan en el peso del catalizador antes de la sulfuracion. Los componentes de hidrogenacion en el catalizador pueden estar en forma oxfdica y/o sulffdica. Si una combinacion de al menos un componente de metal del Grupo 6 y un componente de metal del Grupo 8 esta presente como oxidos (mixtos), la combinacion se sometera a un tratamiento de sulfuracion antes de su uso adecuado en el hidrocraqueo. En algunas realizaciones, el catalizador comprende uno o mas componentes de mquel y/o cobalto, y uno o mas componentes de molibdeno y/o wolframio, o uno o mas componentes de platino y/o paladio. Son utiles los catalizadores que contienen mquel y molibdeno, mquel y wolframio, platino y/o paladio.
El catalizador de hidrotratamiento de residuos que puede ser util incluye catalizadores generalmente compuestos por un componente de hidrogenacion, seleccionado de los elementos del Grupo 6 (tales como molibdeno y/o wolframio) y de los elementos de los Grupos 8-10 (tales como cobalto y/o mquel), o una mezcla de los mismos, que pueden estar soportados sobre un soporte de alumina. El oxido de fosforo (Grupo 15) esta opcionalmente presente como un ingrediente activo. Un catalizador tfpico puede contener del 3 al 35 % en peso de componentes de hidrogenacion, con un aglutinante de alumina. Los granulos de catalizador pueden variar en tamano de 0,8 mm (1/32 de pulgada) a 3,1 mm (% de pulgada), y pueden ser de una forma esferica, extruida, trilobulada o cuadrilobulada. En algunas realizaciones, la alimentacion que pasa a traves de la zona del catalizador entra en contacto primero con un catalizador preseleccionado para la eliminacion de metales, aunque tambien puede ocurrir cierta eliminacion de azufre, nitrogeno y de compuestos aromaticos. Las subsiguientes capas del catalizador se pueden usar para la eliminacion de azufre y de nitrogeno, aunque tambien se espera que catalicen la eliminacion de metales y/o las reacciones de craqueo. La(s) capa(s) del catalizador para la desmetalizacion, cuando esta(n) presente(s), puede(n) comprender catalizador(es) con un tamano promedio de poro que vana de 1,25-10'8 a 2,25-10'8 m (125 a 225 Angstroms) y un volumen de poro que vana de 0,5-1,1 cm3/g. La(s) capa(s) del catalizador para la desnitrogenacion/desulfuracion puede(n) comprender catalizador(es) con un tamano de poro promedio que vana de 10'8 m a 1,9-10-8 m (100 a 190 Angstroms) con un volumen de poro de 0,5-1,1 cm3/g. El Documento de Patente de los EE.UU. de Numero 4.990.243 describe un catalizador de hidrotratamiento con un tamano de poro de al menos aproximadamente 6-10'9 m (60 Angstroms), y preferiblemente de aproximadamente 7,5-10'9 m (75 Angstroms) a aproximadamente 1,2-10-8 m (120 Angstroms). Un catalizador de desmetalizacion util para el presente proceso se describe, por ejemplo, en el Documento de Patente de los EE.UU. de Numero 4.976.848. Asimismo, catalizadores utiles para la desulfuracion de corrientes pesadas se describen, por ejemplo, en los Documentos de Patente de los EE.UU. de Numeros 5.215.955 y 5.177.047. Catalizadores utiles para la desulfuracion de destilados medios, corrientes de gasoleo de vado y corrientes de nafta se describen, por ejemplo, en el Documento de Patente de los EE.UU. de Numero. 4.990.243.
Los catalizadores de hidrotratamiento de residuos utiles incluyen catalizadores con una base refractaria porosa formada por alumina, sflice, fosforo, o varias combinaciones de estos. Se pueden usar uno o mas tipos de catalizadores como catalizador de hidrotratamiento de residuos, y cuando se usan dos o mas catalizadores, los catalizadores pueden estar presentes en la zona del reactor como capas. Los catalizadores en la(s) capa(s) inferior(es) pueden tener una buena actividad de desmetalizacion. Los catalizadores tambien pueden tener actividad de hidrogenacion y de desulfuracion, y puede ser ventajoso usar catalizadores de tamano grande de poro para maximizar la eliminacion de metales. Los catalizadores con estas caractensticas no son optimos para la eliminacion del Residuo de Carbono Conradson y del azufre. El tamano promedio de poro para el catalizador en la capa o capas inferiores generalmente sera al menos 6-10'9 m (60 Angstroms) y en muchos casos sera considerablemente mayor. El catalizador puede contener un metal o una combinacion de metales tales como mquel, molibdeno, o cobalto. Los catalizadores utiles en la capa o capas inferiores se describen en los Documentos de Patente de los EE.UU. de Numeros 5.071.805, 5.215.955 y 5.472.928. Por ejemplo, catalizadores como los descritos en el Documento de Patente de los EE.UU. de Numero 5.472.928 y con al menos el 20 % de los poros en el intervalo de 1,3-10-8 a 1,7-10'8 m (130 a 170 Angstroms), basados en el metodo de nitrogeno, pueden ser utiles en la(s) capa(s) inferior(es) de los catalizadores. Los catalizadores presentes en la capa o capas superiores de la zona del catalizador deben tener una mayor actividad de hidrogenacion en comparacion con los catalizadores en la capa o capas inferiores. Por consiguiente, los catalizadores utiles en la capa o capas superiores se pueden caracterizar portamanos de poros mas pequenos y una mayor actividad en la eliminacion del Residuo de Carbono Conradson, en la desnitrogenacion, y en la desulfuracion. Tfpicamente, los catalizadores contendran metales tales como, por ejemplo, mquel, wolframio, y molibdeno para mejorar la actividad de hidrogenacion. Por ejemplo, los catalizadores como los descritos en el Documento de Patente de los EE.UU. de Numero 5.472.928 y con al menos el 30 % de los poros en el intervalo de 9,5-10'9 a 1,35-10-8 m (95 a 135 Angstroms), basados en el metodo de nitrogeno, pueden ser utiles en las capas superiores de los catalizadores. Los catalizadores pueden ser catalizadores conformados o catalizadores esfericos. Ademas, se pueden usar catalizadores densos y menos friables en las zonas de catalizador fijo y de flujo ascendente para minimizar la rotura de las partfculas del catalizador y el arrastre de las partfculas en el producto recuperado del reactor.
Un experto en la materia reconocera que las diversas capas del catalizador pueden no estar formadas por solo un unico catalizador, sino que pueden estar compuestas por una mezcla de diferentes catalizadores para lograr el nivel
optimo de eliminacion del Residuo de Carbono Conradson o de metales, y de desulfuracion por esa capa. Aunque se producira cierta hidrogenacion en la parte inferior de la zona, la eliminacion del Residuo de Carbono Conradson, del nitrogeno, y del azufre pueden tener lugar principalmente en la capa o capas superiores. Obviamente, tambien se llevara a cabo la eliminacion adicional de metales. El catalizador espedfico o la mezcla de catalizadores seleccionada para cada capa, el numero de capas en la zona, el volumen proporcional en el lecho de cada capa, y las condiciones espedficas de hidrotratamiento seleccionadas dependeran de la materia prima que se procesa en la unidad, del producto deseado a recuperar, asf como de consideraciones comerciales tales como el costo del catalizador. Todos estos parametros estan dentro de la habilidad de una persona involucrada en la industria del refino de petroleo y no debenan necesitar de un desarrollo adicional en la presente memoria.
Si bien las realizaciones se describieron anteriormente con respecto a sistemas de fraccionamiento por separado 18, 38, 98, las realizaciones descritas en la presente memoria tambien contemplan el fraccionamiento de dos o mas efluentes 16, 35, 40, 96 en un sistema de fraccionamiento comun. Por ejemplo, los efluentes 16, 96 se pueden alimentar a un circuito comun de enfriamiento, purificacion, y compresion de gases antes de su procesamiento adicional en una torre atmosferica y en una torre de vado como se describio anteriormente.
Como se describio anteriormente, las realizaciones en la presente memoria se refieren a un sistema para el aprovechamiento de materias primas de hidrocarburos de residuos. El sistema puede incluir: un sistema reactor de hidroconversion de residuos para poner en contacto un hidrocarburo de residuos e hidrogeno con un catalizador de hidroconversion; un sistema de fraccionamiento para separar un efluente recuperado del sistema reactor de hidroconversion de residuos en dos o mas fracciones de hidrocarburos que incluyen al menos una fraccion de residuos de vado y una fraccion de gasoleo pesado de vado; un dispositivo de mezcla para combinar al menos una porcion de la fraccion de gasoleo pesado de vado y al menos una porcion de la fraccion de residuos de vado para formar una fraccion mixta de hidrocarburos pesados; un coquizador para convertir la fraccion mixta de hidrocarburos pesados para producir coque verde de grado anodo e hidrocarburos destilados; un sistema de fraccionamiento para fraccionar los hidrocarburos destilados recuperados del coquizador en tres o mas fracciones de hidrocarburos, que incluyen una fraccion de destilados ligeros, una fraccion de gasoleo pesado del coquizador, y una fraccion de recirculacion del coquizador.
Los sistemas descritos en la presente memoria tambien pueden incluir un dispositivo de mezcla para mezclar la fraccion mixta de hidrocarburos pesados con la fraccion de recirculacion del coquizador para formar una mezcla de alimentacion del coquizador. Los dispositivos de mezcla utiles en la presente memoria pueden incluir tes, tes de mezcla, bombas, recipientes agitados, u otros dispositivos conocidos en la tecnica para combinar y mezclar mtimamente dos corrientes de lfquido (posiblemente viscosas).
Los sistemas descritos en la presente memoria tambien pueden incluir un sistema de medicion y control de flujo para controlar que la fraccion de recirculacion del coquizador sea inferior al 30 por ciento en peso de la mezcla de alimentacion del coquizador, de tal modo que este en el intervalo de aproximadamente el 15 por ciento en peso a aproximadamente el 25 por ciento en peso de la mezcla de alimentacion del coquizador.
El sistema tambien puede incluir: un reactor de hidroconversion para poner en contacto la fraccion de gasoleo pesado del coquizador e hidrogeno con un catalizador de hidroconversion para convertir al menos una porcion de la fraccion de gasoleo pesado del coquizador a hidrocarburos de grado combustible destilado; y un sistema de separacion para fraccionar un efluente procedente del reactor de hidroconversion para formar dos o mas fracciones de hidrocarburos.
Los sistemas en la presente memoria tambien pueden incluir un sistema operativo configurado para controlar el sistema reactor de hidroconversion de residuos para producir la fraccion mixta de hidrocarburos pesados con un contenido de rnquel de menos de aproximadamente 70 ppm en peso, un contenido de vanadio de menos de aproximadamente 70 ppm en peso, una relacion de asfaltenos/Residuo de Carbono Conradson (CCR, por sus siglas en ingles) de menos de 0,7 a 1 y preferiblemente menos de 0,5/1 y mas preferiblemente menos de 0,3/1, y un contenido total de azufre de menos de aproximadamente 24.000 ppm en peso. El sistema operativo tambien se puede configurar para uno o mas de: controlar el mdice de conversion en el sistema reactor de hidroconversion de residuos para que sea al menos el 50 % y mas preferiblemente al menos el 70 % y mas preferiblemente al menos el 85 %; operar el sistema reactor de hidroconversion a una presion en el intervalo de aproximadamente 6,9 MPa (1.000 psig) a aproximadamente 27,6 MPa (4.000 psig), una LHSV (por sus siglas en ingles) en el intervalo de aproximadamente 0,1 L/h/L a aproximadamente 4,0 L/h/L, una temperatura del reactor en el intervalo de aproximadamente 400°C a aproximadamente 500°C, una relacion de hidrogeno/materia prima de residuos de vado de entre aproximadamente 354-1.062 m3/m2 (2.000-6.000 SCF/Bbl), una tasa de reposicion de catalizador fresco en el intervalo de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,6 lb/Bbl de materia prima de residuos de vado; operar el coquizador a una temperatura de salida del serpentm del calentador de al menos 500°C o al menos 520°C; una presion de aproximadamente entre 0,1-0,2 MPa (20-35 psig) y con un tiempo de secado despues del ciclo de coquizacion de al menos 2 horas o de al menos 4 horas o de al menos 6 horas o de al menos 8 horas; operar la temperatura de salida del vapor del tambor de coque en dicha unidad de coquizacion para que sea al menos 470°C o al menos 480°C durante un tiempo de secado de al menos 5 horas y preferiblemente de al menos 8 horas, o al menos 450°C o al menos 460°C durante un tiempo de secado de al menos 6 horas o de al menos 7 horas mediante el paso de una corriente de vapor sobrecalentado a traves del tambor de coque lleno; controlar la Relacion del Rendimiento del Coquizador, definida como la suma de la velocidad de la alimentacion fresca del coquizador mas la velocidad de la recirculacion de los
Kquidos del coquizador dividida por la velocidad de la alimentacion fresca del coquizador sobre una base volumetrica de Kquido, para que sea menos de aproximadamente 1,25/1 y, preferiblemente, menos de 1,20/1 y mas preferiblemente menos de aproximadamente 1,15/1.
Como se describio anteriormente, las realizaciones en la presente memoria se refieren a la conversion de materias primas de hidrocarburos pesados para producir hidrocarburos de grado destilado y coque verde de grado anodo. Como ejemplo de los sistemas y procesos descritos anteriormente, los residuos atmosfericos y/o de vado derivados del fraccionamiento del crudo de petroleo se calientan, se mezclan con gas de tratamiento rico en hidrogeno y se cargan en la etapa de hidrocraqueo que consiste en uno solo, o que puede usar una multiplicidad de reactores dispuestos en paralelo y/o en serie. En la presente memoria, la fraccion de residuos, que se define tfpicamente como una fraccion con un punto de ebullicion por encima de 524°C (975°F) y preferiblemente por encima de 566°C (1.050°F), se hidrocraquea a presiones parciales de hidrogeno de 7 a 17 MPa (70 a 170 bares (1.000-2.400 psia)), a temperaturas de 380 a 450°C, y a una LHSV (por sus siglas en ingles) de 0,2 a 2,0 h-1 en presencia de catalizador.
Dentro del lecho fluidizado, el catalizador se vuelve a mezclar y se mantiene en un movimiento aleatorio mediante la recirculacion del producto lfquido. Esto se logra separando primero el aceite recirculado de los productos gaseosos. El aceite se recircula luego por medio de una bomba externa o de una bomba cuyo impulsor esta montado en la cabeza inferior del reactor.
La conversion objetivo del residuo procedente de la etapa de hidrocraqueo puede estar en el intervalo del 50 al 88 % en peso, dependiendo de la materia prima que se procesa. Se anticipa que la eliminacion de los metales estara en el intervalo del 80 al 90 %, la eliminacion del azufre estara en el intervalo del 80 al 90 %, y la eliminacion del Residuo de Carbono Conradson (CCR, por sus siglas en ingles) en el intervalo del 45 al 65 %.
El efluente de lfquido y vapor procedente de los reactores de hidrocraqueo entra al separador de alta temperatura y alta presion (es decir, el separador de HP/HT, por sus siglas en ingles). El vapor separado se envfa directamente a traves de un sistema comun de enfriamiento, purificacion y reciclado de gases, o se procesa primero en un Sistema Reactor de Hidroprocesado Integrado, solo o en combinacion ya sea con destilados externos, y/o con destilados generados en el proceso de hidrocraqueo y, a partir de esto, se envfa a un sistema comun de enfriamiento, purificacion y compresion de gases.
El lfquido separado del Separador de HP/HT (por sus siglas en ingles) luego se destila subitamente y se envfa al Sistema de Destilacion Atmosferica junto con otros productos de destilado recuperados de la seccion de enfriamiento y purificacion de gases. Las colas de la torre atmosferica (es decir, nominalmente la fraccion de punto de ebullicion de 360°C a 427°C+) se procesan adicionalmente en un Sistema de Destilacion a Vacfo para recuperar destilados de vacfo. En este caso, el producto de las colas de la torre de vacfo (es decir, nominalmente la fraccion de punto de ebullicion de 482°C a 565°C+) luego se envfa a una Unidad de Coquizacion Retardada ya sea caliente, o despues de su enfriamiento, tal como a traves de un intercambio de calor directo o por inyeccion de una porcion de la alimentacion de residuos en el producto de las colas de la torre de vacfo. De este modo el ultimo tratamiento elimina la necesidad de un intercambio de calor directo del producto de las colas de la torre de vacfo, que se sabe que es incrustante.
En la Unidad de Coquizacion Retardada, el aceite no convertido y el gasoleo pesado de vacfo normalmente fluyen a traves de los intercambiadores de precalentamiento hasta la parte inferior del fraccionador principal bajo el control de nivel. Allf, la alimentacion se mezcla con el lfquido de recirculacion interna condensado (cantidad controlada dentro del intervalo del 15 % al 25 % de la alimentacion fresca) procedente del efluente del tambor de coque. Esta alimentacion y recirculacion combinados se bombean desde la parte inferior del fraccionador a traves del calentador de coquizacion, donde se controla el flujo de cada paso. Se inyecta una cantidad controlada de vapor a alta presion en cada paso del calentador para asegurar una velocidad satisfactoria a fin de minimizar la coquizacion en los tubos del calentador. La funcion principal del calentador de coquizacion es calentar rapidamente la alimentacion a la temperatura requerida de la coquizacion para iniciar la reaccion de craqueo sin la formacion prematura de coque en los tubos del calentador.
El efluente procedente del calentador de coquizacion fluye a traves de una valvula de conmutacion hacia la parte inferior de uno de los dos tambores de coque, donde se produce un craqueo adicional y luego la polimerizacion para formar el coque. Cada tambor esta disenado para llenarse a un nivel operativo seguro con el coque producido durante el ciclo de coquizacion. El antiespumante se inyecta en el tambor de coque durante la ultima parte del ciclo de llenado para minimizar el arrastre de espuma, de finos de coque, y de alquitran hacia el fraccionador. El tambor de coque se opera en ciclos para mantener la continuidad de la operacion, empleandose en esta aplicacion un tiempo mmimo de ciclo de 24 horas. La operacion de cada tambor de coque es alterna. Uno de los tambores de cada par esta siempre en servicio para recibir el efluente del calentador de coquizacion.
El vapor procedente del tambor de coque se enfna rapidamente mediante gasoleo pesado para detener las reacciones de craqueo y de polimerizacion, y asf minimizar la formacion de coque en la lmea de cabeza de los tambores de coque hacia el fraccionador. El fraccionador esta dividido en dos secciones por la bandeja de extraccion del gasoleo pesado. La seccion superior consiste en bandejas de valvulas; la seccion inferior contiene partes internas especiales que consisten en una camara de pulverizacion del fraccionador de dos niveles. El vapor del tambor de coque entra en el fraccionador por debajo de los cabezales de rociado. El vapor fluye hacia arriba a traves de una seccion inferior de la
torre especialmente disenada donde entra en contacto con las gotas de ftquido de reflujo que fluyen hacia abajo y enfna el vapor sobrecalentado. La corriente de recirculacion interna asf condensada se recoge en la parte inferior de la torre donde se mezcla con la carga de alimentacion fresca. El vapor que sale de la seccion inferior de la torre fluye hacia la seccion superior a traves de las canalizaciones en la bandeja de extraccion del gasoleo pesado. Este vapor consiste en hidrocarburos ligeros, nafta, queroseno, gasoleos ligeros y pesados, reflujo vaporizado, y vapor. Esta mezcla se fracciona en la seccion superior de la torre.
La parte del secado del ciclo proporciona una distribucion uniforme del calory produce una estructura y densidad del coque mas uniformes, y permite que el alquitran sin reaccionar en el frente de reaccion dentro del tambor de coque complete la reaccion de coquizacion. El secado del lecho de coque aumenta la resistencia mecanica del coque, lo que aumenta la dureza del coque (mejora el HGI, por sus siglas en ingles) y reduce la materia combustible volatil (VCM, por sus siglas en ingles) del coque verde antes de que el vapor salga hacia la columna principal o al sistema de purga.
Despues de que se llena al nivel adecuado un tambor de coque vado, se conmuta el efluente procedente del calentador de coquizacion hacia otro tambor de coque vado precalentado por medio de una(s) valvula(s) de conmutacion. Los contenidos del tambor lleno se "secan", durante aproximadamente 5 a 8 horas, usando vapor sobrecalentado, tal como vapores de gasoleo del coquizador, nafta del coquizador, vapor, y cualesquiera otros vapores sobrecalentados de hidrocarburos de no coquizacion adecuados. Despues del secado, el tambor de coque lleno con el coque verde de grado anodo se vaporiza inicialmente a la columna principal y luego al sistema de purga seguido de una operacion de enfriamiento/enfriamiento rapido. Entonces el tambor de coque se vada hidraulicamente de coque.
El medio sobrecalentado de secado puede consistir en vapor sobrecalentado, o vapores sobrecalentados generados a partir de la porcion de no coquizacion del ftquido C5+ del coquizador o de cualquier otra corriente de hidrocarburos que se pueda vaporizar y sobrecalentar sin el riesgo de coquizacion. El medio de secado se introducira en el tambor de coque a traves de la ftnea de entrada de la alimentacion, pero a traves de una ftnea separada de la ftnea de alimentacion del aceite residual. La temperatura del vapor sobrecalentado se controla alrededor de aproximadamente 510°C en la entrada del tambor de coque. El ciclo de secado continua hasta que se alcanza una temperatura en la cabeza del tambor de coque de entre 470 a 480°C y se mantiene despues durante 4 a 8 horas de tiempo de secado y mas preferiblemente de entre 450 a 460°C durante 4-5 horas. En comparacion con el modo de relacion de rendimiento mejorado, por ejemplo, altas velocidades de recirculacion de los ftquidos del coquizador, el uso de un medio de no coquizacion permite una distribucion del calor sin incrementar la produccion del coque y sin reducir el rendimiento de ftquido.
Como se describio anteriormente, las realizaciones en la presente memoria proporcionan sistemas y procesos para la conversion de materias primas de hidrocarburos pesados para producir hidrocarburos de grado destilado y coque verde de grado anodo. Mas espedficamente, los procesos descritos en la presente memoria proporcionan un proceso para el aprovechamiento de materias primas de residuos de vado a productos de combustible destilado usando tecnologfas de hidrocraqueo en lecho fluidizado o en suspension, coquizacion retardada, y tecnologfas para el aprovechamiento de VGO en lecho fijo catalftico para maximizar los rendimientos del destilado del coquizador, coproducir coque de grado anodo de alta calidad sin recurrir al uso de muy altas velocidades de recirculacion de los ftquidos del coquizador, y coproducir alimentaciones de gasoleo pesado del coquizador de alta calidad para el aprovechamiento catalftico del VGO aguas abajo, tal como a traves de hidrocraqueo en lecho fijo o craqueo catalftico en lecho fluidizado a combustibles destilados.
Los procesos descritos en la presente memoria tienen varias ventajas. Por ejemplo, los procesos descritos en la presente memoria pueden incluir una o mas de las siguientes ventajas en comparacion con los actuales esquemas de flujo del estado de la tecnica, que incluyen: mayores rendimientos globales de destilados en las unidades de coquizacion y en las unidades de hidrocraqueo; coproduccion simultanea de coque de anodo de alta calidad; logro de la calidad del coque de anodo sin la necesidad de altas velocidades de recirculacion de los ftquidos del coquizador; y produccion de gasoleos del coquizador de alta calidad. Una ventaja de los rendimientos de destilados, que resultan de conversiones mas altas en el sistema reactor de hidroconversion para convertir las materias primas de residuos y de la operacion del coquizador para hacer coque de grado anodo en condiciones es que se maximizan los rendimientos en el destilado al usar velocidades de recirculacion de los ftquidos del coquizador relativamente bajas. Las realizaciones en la presente memoria pueden ventajosamente no usar disolventes ligeros para diluir los asfaltenos en la alimentacion a la Unidad de Coquizacion. Ademas, los procesos en la presente memoria pueden producir un contenido inesperadamente bajo de compuestos aromaticos polinucleares en la fraccion del HCGO (por sus siglas en ingles), lo que permite su aprovechamiento eficaz y economicamente ventajoso en una unidad de hidrocraqueo en lecho fijo en lugar de en una unidad de craqueo catalftico en lecho fluidizado.
Ademas, el lecho fluidizado de aguas arriba de la unidad de Coquizacion Retardada puede reducir efectivamente el cuello de botella de la unidad de coquizacion retardada al reducir la cantidad de residuos de vado requeridos a procesar, mientras que al mismo tiempo produce un producto de coque de valor mucho mas alto. Sin esta combinacion, habna una produccion incremental de coque de bajo valor que tendna un impacto negativo en la econoirfta de la refinena.
Ejemplo
Segun una o mas realizaciones de la presente descripcion es el uso de la fraccion de residuos de vado hidroprocesados procedente del hidrocraqueo de materias primas de residuos de vado vfrgenes, tal como en un hidrocraqueador de lecho fluidizado, lo que tiene propiedades unicas de modo que los residuos vfrgenes y craqueados termicamente no tienen con respecto a su capacidad para producir simultaneamente coque de grado anodo y altos rendimientos de destilados en una unidad de coquizacion retardada. Dicha unidad de coquizacion retardada operana en condiciones de reaccion economicamente deseables para producir coque de grado anodo. El siguiente ejemplo experimental ilustra el comportamiento comparativo de la alimentacion de un residuo de vado virgen y de la materia prima de esta invencion a una unidad de coquizacion retardada.
I. Composiciones de la materia prima
Una refinena procesa una mezcla de aceites de crudo de petroleo como se muestra en la Tabla I-1 a continuacion. El crudo se fracciona en una torre atmosferica para producir destilados vfrgenes y una fraccion de residuos atmosfericos vfrgenes. El residuo atmosferico virgen se fracciona en una torre de vado para producir destilados de gasoleo de vado y un residuo de vado virgen.
Tabla I-1
Las propiedades del residuo de vado virgen se muestran en la primera columna de la Tabla I-2 a continuacion.
Tabla I-2
II. Materias primas
La fraccion de residuos de vado virgen se somete a hidrocraqueo en lecho fluidizado a 15,2 MPa (2.200 psig), a 1,2 de LHSV (por sus siglas en ingles), a 440°C de temperatura del reactor, y a una velocidad de tratamiento de H2 sobre un catalizador de hidroconversion a base de mquel de 1.062 m3/m2 (6.000 scf/bbl). Los productos lfquidos recuperados se someten a fraccionamiento atmosferico y fraccionamiento a vado, en donde se recuperan un residuo de vado hidroprocesado (HVR, por sus siglas en ingles) y un gasoleo de vado hidroprocesado (HVGO, por sus siglas en ingles). El VGO (por sus siglas en ingles) hidroprocesado de 482-565°C (900-1.050°F) se mezcla con el residuo de vado hidroprocesado de 565°C+ (1.050°F+) en una relacion de 0,8/1 en peso. Dicha mezcla es la mezcla de alimentacion de hidrocarburos pesados (corriente 35, Figura 1) alimentada al Coquizador. Las propiedades de dicha
corriente se muestran en la segunda columna de la Tabla I-2.
III. Coquizacion del residuo de vado virgen
La fraccion de residuos de vado virgen se somete a coquizacion retardada a una temperatura promedio del lecho de coque de 460°C (860°F), a una presion del tambor de coque de 0,2 MPa (35 psig), y a una velocidad de recirculacion, definida como la relacion en peso de la suma de las velocidades de la alimentacion fresca del coquizador y de la recirculacion de los lfquidos del coquizador a la velocidad de la alimentacion fresca del coquizador, de 1,25. El producto de coque no cumplio con las especificaciones de coque de grado anodo como se muestra en la Tabla III-1 a continuacion.
Tabla III-1
IV. Coquizacion de la mezcla VGO/VR hidroprocesada: efecto de la presion del tambor de coque
Se realizaron una serie de experimentos para mostrar los efectos de la presion del tambor de coque sobre la calidad del coque y sobre los rendimientos de los lfquidos C5+ a una velocidad de recirculacion de los lfquidos del coquizador de 1,25, y a una temperatura promedio del lecho de coque de 461-465°C (862-869°F). En ambas pruebas, se cumplieron las especificaciones del coque de grado anodo. Al disminuir la presion del tambor de coque de 0,2 a 0,1 MPa (35 a 20 psig), aumentan los rendimientos totales del lfquido C5+ en aproximadamente 5-6 puntos porcentuales con una disminucion concomitante en los rendimientos del coque como se muestra en la Tabla iV-1.
Tabla IV-1
V. Coquizacion de la mezcla VGO/VR hidroprocesada: efecto de la velocidad de recirculacion de los lfquidos
Se realizaron una serie de experimentos para mostrar los efectos de la velocidad de recirculacion de los lfquidos del coquizador sobre la calidad del coque y sobre los rendimientos de los lfquidos C5+ a una presion del tambor de coque de 0,1 MPa (20 psig), y a una temperatura promedio del lecho de coque de461-465°C (862-869°F). En ambas pruebas, se cumplieron las especificaciones del grado de coque de anodo. Al disminuir la velocidad de recirculacion de los lfquidos del coquizador de 1,35 a 1,25, aumentan los rendimientos totales de lfquidos C5+ en aproximadamente 4
puntos porcentuales con una disminucion concomitante en los rendimientos del coque, como se muestra en la Tabla V-1 a continuacion.
Tabla V-1
Si bien la descripcion incluye un numero limitado de realizaciones, los expertos en latecnica, con el beneficio de esta descripcion, apreciaran que se pueden idear otras realizaciones que no se aparten del alcance de la presente descripcion. En consecuencia, el alcance debe estar limitado unicamente por las reivindicaciones adjuntas.
Claims (26)
1. - Un proceso para el aprovechamiento de materias primas de hidrocarburos de residuos, que comprende: poner en contacto un hidrocarburo de residuos (10) e hidrogeno (12) con un catalizador de hidroconversion en un sistema reactor de hidroconversion de residuos (13);
recuperar un efluente (15) del sistema reactor de hidroconversion de residuos (13);
separar el efluente (15) del sistema reactor de hidroconversion de residuos (13) para recuperar dos o mas fracciones de hidrocarburos (20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34) que incluyen al menos una fraccion de residuos de vado (34) y una fraccion de gasoleo pesado de vado (32);
combinar al menos una porcion de la fraccion de gasoleo pesado de vado (32) y al menos una porcion de la fraccion de residuos de vado (34) para formar una fraccion mixta de hidrocarburos pesados (35);
alimentar al menos una porcion de la fraccion mixta de hidrocarburos pesados (35) a un coquizador (36); operar el coquizador (36) en condiciones para producir coque verde de grado anodo (72) e hidrocarburos destilados (40);
recuperar los hidrocarburos destilados (40) del coquizador (36);
fraccionar los hidrocarburos destilados (40) recuperados del coquizador (36) para recuperar tres o mas fracciones de hidrocarburos, que incluyen una fraccion de destilados ligeros (21), una fraccion de gasoleo pesado del coquizador (23), y una fraccion de recirculacion del coquizador (25).
2. - El proceso de la reivindicacion 1, que comprende ademas mezclar la fraccion mixta de hidrocarburos pesados (35) con la fraccion de recirculacion del coquizador (25) para formar una mezcla de alimentacion del coquizador (39).
3. - El proceso de la reivindicacion 2, en donde la fraccion de recirculacion del coquizador (25) es menos del 30 por ciento en peso de la mezcla de alimentacion del coquizador (39).
4. - El proceso de la reivindicacion 2, en donde la fraccion de recirculacion del coquizador (25) es de aproximadamente el 15 por ciento en peso a aproximadamente el 25 por ciento en peso de la mezcla de alimentacion del coquizador (39).
5. - El proceso de la reivindicacion 1, que comprende, ademas:
poner en contacto la fraccion de gasoleo pesado del coquizador (23) e hidrogeno (29) con un catalizador de hidroconversion en un reactor de hidroconversion (94) para convertir al menos una porcion de la fraccion de gasoleo pesado del coquizador (23) a hidrocarburos de grado combustible destilado;
recuperar un efluente (96) del reactor de hidroconversion (94); y
fraccionar el efluente (96) para formar dos o mas fracciones de hidrocarburos (99, 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112).
6. - El proceso de la reivindicacion 1, en donde la fraccion de gasoleo pesado del coquizador (26) tiene un fndice Polidclico basado en Espectrofotometna de Absorcion Ultravioleta de menos de 10.000.
7. - El proceso de la reivindicacion 1, en donde el hidrocarburo de residuos (10) tiene un contenido de metales de menos de aproximadamente 100 ppm en peso de mquel y menos de aproximadamente 200 ppm de vanadio, un contenido de azufre de menos de aproximadamente el 2,5 por ciento en peso, y un contenido de asfaltenos de menos de aproximadamente el 12 por ciento en peso.
8. - El proceso de la reivindicacion 1, en donde la fraccion mixta de hidrocarburos pesados (35) tiene un contenido de mquel de menos de aproximadamente 70 ppm en peso, un contenido de vanadio de menos de aproximadamente 70 ppm en peso, una relacion de asfaltenos/Residuo de Carbono Conradson (CCR, por sus siglas en ingles) de menos del 0,7 al 1, y un contenido total de azufre de menos de aproximadamente 24.000 ppm en peso.
9. - El proceso de la reivindicacion 1, en donde el hidrocarburo de residuos (10) comprende al menos uno de residuo atmosferico o de vado del petroleo, aceites desasfaltados, alquitran desasfaltado, cola de torre atmosferica o cola de la torre a vado hidrocraqueadas, gasoleo de vado directo, gasoleo de vado hidrocraqueado, aceites de craqueo catalttico en lecho fluidizado (FCC, por sus siglas en ingles), gasoleo de vado procedente de un proceso en lecho fluidizado, aceites derivados de esquistos bituminosos, aceites derivados del carbon, aceites crudos derivados biologicamente, betun de arenas bituminosas, aceites residuales, aceites negros.
10. - El proceso de la reivindicacion 1, en donde el mdice de conversion en el sistema reactor de hidroconversion de residuos (13) es al menos el 50 %.
11. - El proceso de la reivindicacion 1, en donde el hidrocarburo de residuos (10) es una materia prima de residuos de vado y el sistema reactor de hidroconversion de residuos (13) se opera a:
una presion en el intervalo de aproximadamente 6,9 MPa (1.000 psig) a aproximadamente 27,6 MPa (4.000 psig); una LHSV (por sus siglas en ingles) en el intervalo de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 4,0 L/h/L;
una temperatura de reactor en el intervalo de aproximadamente 400°C a aproximadamente 500°C;
una relacion de hidrogeno/materia prima de residuos de vado de aproximadamente entre 354-1.620 m3/m2 (2.000 6.000 SCF/Bbl);
una tasa de reposicion de catalizador fresco en el intervalo de aproximadamente 0,29 a 1,71 kg/m3 (0,1 a 0,6 lb/Bbl) de materia prima de residuos de vado; y
usar un catalizador compuesto de uno o mas de mquel, cobalto, wolframio, molibdeno, y combinaciones de los mismos, ya sea no soportados o soportados sobre un sustrato poroso tal como sflice, alumina, titania, o combinaciones de los mismos.
12. - El proceso de la reivindicacion 1, en donde el coquizador (36) se opera a:
una temperatura de salida de serpentm del calentador de al menos 500°C;
una presion en el intervalo de aproximadamente 0,14 MPa (20 psig) a aproximadamente 0,24 MPa (35 psig); y con un tiempo de secado despues del ciclo de coquizacion de al menos 2 horas.
13. - El proceso de la reivindicacion 1, en donde la temperatura de salida del vapor del tambor de coque en dicho coquizador (36) se opera a:
al menos 470°C durante un tiempo de secado de al menos 5 horas, o
al menos 450°C durante un tiempo de secado de al menos 6 horas
por el paso de una corriente de vapor sobrecalentado a traves del tambor de coque lleno.
14. - El proceso de la reivindicacion 1, en donde dicho coque verde de grado anodo tiene las siguientes propiedades: mquel menos de aproximadamente 175 ppm; vanadio menos de aproximadamente 250 ppm; azufre menos de aproximadamente 35.000 ppm en peso; fndice de Capacidad de Molienda de Hardgrove de menos de aproximadamente 100 y Materia Combustible Volatil de menos de aproximadamente 12 % en peso.
15. - El proceso de la reivindicacion 1, en donde el coquizador (36) se opera a una Relacion de Rendimiento del Coquizador, definida como la suma de la velocidad de la alimentacion fresca del coquizador mas la velocidad de la recirculacion de los lfquidos del coquizador dividida por la velocidad de la alimentacion fresca del coquizador sobre una base volumetrica lfquida, de menos de aproximadamente 1,25/1
16. - El proceso de la reivindicacion 1, en donde el hidrocarburo de residuos (10) es una materia prima de residuos de vado derivada de uno o mas de aceites crudos de petroleo Arabigo Pesado, Arabigo Ligero, Arabigo Medio Banoco, Kuwait Exportacion, Basora Ligero, Rubbles, Barein, Oman, Zakum Superior, REBCO, Kumkol, Azen Ligero, Siberiano Ligero, Siberiano Pesado, y Tengiz.
17. - Un sistema para el aprovechamiento de materias primas de hidrocarburos de residuos, que comprende: un sistema reactor de hidroconversion de residuos (13) para poner en contacto un hidrocarburo de residuos (10) e hidrogeno (12) con un catalizador de hidroconversion;
un sistema de fraccionamiento (18) para separar un efluente (15) recuperado del sistema reactor de hidroconversion de residuos (13) en dos o mas fracciones de hidrocarburos (20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34) que incluyen al menos una fraccion de residuos de vado (34) y una fraccion de gasoleo pesado de vado (32);
un dispositivo de mezcla para combinar al menos una porcion de la fraccion de gasoleo pesado de vado (32) y al menos una porcion de la fraccion de residuos de vado (34) para formar una fraccion mixta de hidrocarburos pesados (35);
un coquizador (36) para convertir la fraccion mixta de hidrocarburos pesados (35) para producir coque verde de grado anodo (72) e hidrocarburos destilados (40);
un sistema de fraccionamiento (38) para fraccionar los hidrocarburos destilados (40) recuperados del coquizador (36) en tres o mas fracciones de hidrocarburos, que incluyen una fraccion de destilados ligeros (21), una fraccion de gasoleo pesado del coquizador (23), y una fraccion de recirculacion del coquizador (25).
18. - El sistema de la reivindicacion 17, que ademas comprende un dispositivo de mezcla para mezclar la fraccion mixta de hidrocarburos pesados (35) con la fraccion de recirculacion del coquizador (25) para formar una mezcla de alimentacion del coquizador (39).
19. - El sistema de la reivindicacion 17, que ademas comprende un sistema de medicion y control del flujo para controlar que la fraccion de recirculacion del coquizador (25) sea menos del 30 por ciento en peso de la mezcla de alimentacion del coquizador (39).
20. - El sistema de la reivindicacion 17, que ademas comprende un sistema de medicion y control del flujo para controlar que la fraccion de recirculacion del coquizador (25) sea desde aproximadamente el 15 por ciento en peso a aproximadamente el 25 por ciento en peso de la mezcla de alimentacion del coquizador (39).
21. - El sistema de la reivindicacion 17, que comprende, ademas:
un sistema reactor de hidroconversion (94) para poner en contacto la fraccion de gasoleo pesado del coquizador (23) e hidrogeno (29) con un catalizador de hidroconversion para convertir al menos una porcion de la fraccion de gasoleo pesado del coquizador (23) a hidrocarburos de grado combustible destilado; y
un sistema de separacion (98) para fraccionar un efluente (96) del reactor de hidroconversion (94) para formar dos o mas fracciones de hidrocarburos (99, 100, 102, 104, 106, 108, 110, 112).
22. - El sistema de la reivindicacion 17, que ademas comprende un sistema operativo configurado para controlar el sistema reactor de hidroconversion de residuos (13) para producir una fraccion mixta de hidrocarburos pesados (35) con un contenido de mquel de menos de aproximadamente 70 ppm en peso, un contenido de vanadio de menos de aproximadamente 70 ppm en peso, una relacion de asfaltenos/Residuo de Carbono Conradson (CCR, por sus siglas en ingles) de menos del 0,7 al 1, y un contenido total de azufre de menos de aproximadamente 24.000 ppm en peso.
23. - El sistema de la reivindicacion 17, en donde el coquizador (36) es un coquizador retardado.
24. - El sistema de la reivindicacion 17, en donde el sistema reactor de hidroconversion de residuos (13) comprende un sistema reactor de hidroconversion en lecho fluidizado.
25. - El sistema de la reivindicacion 17, en donde el sistema reactor de hidroconversion de residuos (13) comprende un proceso de hidrocraqueo en fase suspendida.
26. - El sistema de la reivindicacion 17, en donde el reactor de hidroconversion (94) comprende un sistema reactor de hidrocraqueo de VGO (por sus siglas en ingles) en lecho fijo, un sistema reactor de hidrocraqueo de VGO (por sus siglas en ingles) en lecho fluidizado.
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