ES2835790T3

ES2835790T3 - Aparato y proceso para la hidroconversión de productos petrolíferos pesados

Info

Publication number: ES2835790T3
Application number: ES17805259T
Authority: ES
Inventors: Mario Molinari; Susi Bonomi
Original assignee: Eni SpA
Current assignee: Eni SpA
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2017-10-26
Publication date: 2021-06-23
Anticipated expiration: 2037-10-26
Also published as: RU2709813C1; EP3532573B1; US10968406B2; WO2018078555A1; SA519401466B1; RS61135B1; HUE052579T2; CN109863231A; PT3532573T; CN109863231B; EP3532573A1; IT201600109063A1; US20190241820A1

Abstract

Aparato para la hidroconversión de productos petrolíferos pesados que constituyen la carga fresca, comprendiendo dicho aparato: - un reactor de hidroconversión de columna de burbujas de suspensión, que comprende un conducto de alimentación en el que se transporta la carga fresca y la fase de suspensión recirculada, un conducto de entrada para una corriente de hidrogenación y una salida para un efluente de reacción a través de una boquilla de salida; - una columna de extracción de alta presión y alta temperatura situada aguas abajo del reactor y conectada directamente a la cabeza del reactor a través de una tubería por la que fluye el efluente de la reacción; teniendo dicha columna un conducto de entrada para un gas de extracción, una entrada para el efluente del reactor, una salida de cabeza para el vapor y una salida para la fase de suspensión; - conductos y medio para recircular la suspensión que sale de la columna de extracción; - conductos y medio para captar una corriente de drenaje, que tiene la función de prevenir la acumulación de sólidos en el reactor; estando caracterizada dicha columna de extracción por que contiene uno o más dispositivos de contacto que permiten crear un contacto físico entre las diferentes fases; y en donde la tubería que conecta la cabeza del reactor a la columna de extracción está compuesta por una parte vertical, conectada a la salida situada en la cabeza del reactor, seguida de una parte de la tubería que está conectada con una entrada a la columna de extracción, estando dicha parte inclinada hacia abajo con una inclinación comprendida entre 2 % y 10 %, calculada con respecto al plano horizontal ortogonal al eje del reactor y al eje de la columna de extracción.

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato y proceso para la hidroconversión de productos petrolíferos pesados

La presente invención se refiere a un aparato y un proceso para la hidroconversión de productos petrolíferos pesados.

Dicho aparato es aplicable en todos los contextos industriales en los que sea necesario el aprovechamiento de productos petrolíferos pesados, por ejemplo en refinerías.

En la presente solicitud de patente, los productos petrolíferos pesados se refieren a crudos de petróleo, crudos de petróleo pesados, betunes de arenas bituminosas, residuos de destilación, cortes pesados de destilación, residuos de desasfaltado, aceites sintéticos, productos del proceso Fischer Tropsch, aceites vegetales, aceites de coque y esquistos bituminosos, aceites obtenidos por descomposición térmica de desechos, polímeros, biomasas.

En la presente solicitud de patente, fase de suspensión significa una mezcla de líquido y sólido.

En la presente solicitud de patente, fluido bifásico significa un fluido que contiene una fase de vapor y una fase de suspensión.

En la presente solicitud de patente, todas las condiciones de operación incluidas en el texto se deben considerar como condiciones preferidas, aunque esto no se indique específicamente.

Para el fin de este texto, el término "comprender" o "incluir" también comprende los términos "consistir en" o "consistir esencialmente en".

Para el fin de este texto, las definiciones de los intervalos siempre comprenden los extremos, a menos que se especifique de otro modo.

La hidroconversión de productos petrolíferos pesados se puede realizar adoptando diferentes diagramas de flujo de proceso. El corazón de la tecnología es el reactor de hidroconversión que puede ser de tipo de lecho fijo, de lecho ebullido o de suspensión. En un reactor de suspensión, el catalizador se dispersa en el medio de reacción y se distribuye uniformemente dentro del propio reactor.

Una posible configuración del proceso de hidroconversión para productos petrolíferos pesados consiste en Eni Slurry Technology, propiedad de Eni y conocido por el acrónimo e St . Esta configuración prevé un reactor de hidroconversión, cargado con un catalizador basado en molibdeno de dimensiones tales que esté completamente disperso en el medio de reacción, para poder operar en la fase de suspensión, produciendo un efluente de cabeza bifásico que posteriormente se envía a un separador de fases de alta presión y alta temperatura (HP/HT).

La fase de vapor a la salida del separador HP/HT se envía a una sección para la recuperación, por condensación, de nafta, gasóleo atmosférico (AGO), gasóleo al vacío (VGO) y una corriente rica en hidrógeno desulfurado, que contiene gas C1-C4, que se recicla al reactor además de una parte que se capta para evitar la acumulación de gases C1-C4. La corriente de fondo a la salida del separador HP/HT está en la fase de suspensión en la que la fracción sólida también comprende el catalizador. Esta corriente de suspensión se envía a una serie de recipientes a presión y temperatura decrecientes, como un separador de presión media, una columna atmosférica y una columna de vacío, con el objetivo de separar el VGO de los productos más pesados. De este último, que contiene la carga no convertida junto con el catalizador y el sólido formado durante la reacción, una parte genera la parte reciclada al reactor y el resto se elimina del proceso como corriente de drenaje.

Los productos de reacción de un proceso EST también se pueden obtener exclusivamente en la fase de vapor, como sucede en el proceso EST con Flujo de Salida en Fase de Vapor (EST-VPO), descrito en diversas solicitudes de patente de acuerdo con el desarrollo progresivo de la tecnología. A continuación, el solicitante proporciona un resumen de las solicitudes de patente que aplican la tecnología EST-VPO.

El documento WO 2008/141830 describe un proceso para la hidroconversión de petróleos pesados en el que la reacción tiene lugar en un reactor de acumulación de sólidos del tipo torre de burbujas, capaz de acumular al menos 50 kg/m3, alimentado con hidrógeno o una mezcla de hidrógeno y ácido sulfúrico en el que el hidrógeno tiene una proporción en peso, con respecto a la carga, de al menos 0,3. La concentración de molibdeno utilizada como catalizador es de al menos 5 kg por cada m3 de medio de reacción.

El documento WO 2008/141831 describe un sistema para la hidroconversión de petróleos pesados que consiste en un reactor de acumulación de sólidos y una sección de extracción externa o interna al reactor. Cuando la sección de extracción es interna, el reactor puede estar total o parcialmente lleno y la sección de extracción se puede colocar en la parte superior del reactor o aguas abajo de una tubería interna al reactor. Cuando la sección de extracción es externa, el reactor completamente lleno proporciona un circuito de recirculación forzada de la fase líquida al propio reactor. Es posible, además, que aguas abajo del reactor haya un separador de líquido-vapor.

El documento WO 2016/103199 describe un sistema para la hidroconversión de aceites pesados que comprende un reactor, un separador de líquido-vapor y una sección de extracción de los productos de conversión externa al reactor. El gas de extracción se introduce directamente en el efluente de reacción a través de una tubería de entrada de gas de extracción, situada en un punto de la tubería de conexión entre la cabeza del reactor y el separador de líquidovapor, estando dicha tubería de conexión inclinada, al menos a partir del punto de entrada, hacia arriba con una pendiente entre 2 % y 20 %, con respecto a un plano horizontal. La tubería de entrada de gas de extracción está inclinada con respecto al eje de la tubería de conexión entre la cabeza del reactor y el separador de líquido-vapor en un ángulo comprendido entre 20° y 65°. El flujo de la corriente de extracción gaseosa que se introduce en la tubería de conexión entre la cabeza del reactor y el separador tiene una dirección descendente. Después de la extracción, el efluente se envía a un separador de fases HP/HT para separar la fase líquida que contiene una pequeña cantidad de sólidos (los formados durante la reacción y el catalizador dispersado) que se recicla al reactor y una fase de vapor que contiene los productos de reacción.

Mediante la adopción de un diagrama de flujo del proceso EST-VPO es posible evitar el uso de secciones de baja presión que podrían provocar la formación de coque fuera del reactor. Sin embargo, esto implica una reducción de la capacidad de la planta.

En presencia de un catalizador y en ausencia de hidrógeno, a presiones inferiores a la del reactor, se ha descubierto experimentalmente que pueden tener lugar reacciones de deshidrogenación que conducen a la producción de hidrógeno y coque. Una alta temperatura, una baja presión y unos altos tiempos de residencia en las retenciones de líquidos de los recipientes pueden provocar la formación de sólidos fuera del reactor del mismo orden de magnitud que en el reactor. Además, si no está previsto durante la fase de diseño mediante el dimensionamiento adecuado de la unidad de vacío, la formación de hidrógeno en el fondo de la columna de vacío puede tener un impacto significativo en la capacidad de fraccionamiento de la columna.

Al adoptar un diagrama de flujo del proceso EST-VPO según el cual los productos de reacción solo se obtienen en fase de vapor, después de la separación HP/HT, la fase de suspensión se limita a la zona de alta presión parcial de H2, eliminando todos los problemas relacionados con la deshidrogenación y la formación de producto sólido fuera del reactor. Sin embargo, a cambio de esta ventaja, la capacidad de una planta EST-VPO con reciclaje directo desde el separador HP/HT a la misma temperatura de reacción es significativamente menor que la de una planta EST con reciclaje de columna de vacío. La pérdida de carga se puede compensar aumentando la temperatura de reacción, incluso si esto implica un aumento en la formación de sólidos en el reactor.

Para resolver estos problemas técnicos, el Solicitante ha descubierto que sustituyendo el separador HP/HT con una columna de extracción adecuada de alta presión y alta temperatura es posible aumentar la capacidad de conversión de una planta de hidroconversión de productos petrolíferos pesados de acuerdo con la configuración EST-VPO.

La presente solicitud de patente se refiere a un aparato y proceso para la hidroconversión de productos petrolíferos pesados que constituyen la carga fresca, siendo dicho aparato y proceso como se describe en las reivindicaciones 1 y 7, respectivamente.

La ventaja de adoptar un diagrama de flujo de proceso EST-VPO con la presencia de un separador HP/HT con respecto al diagrama EST tradicional consiste en la eliminación de las secciones de baja presión que de otro modo serían necesarias para recuperar los productos de reacción, que funcionan en presencia de un catalizador y en ausencia de hidrógeno, y que pueden conducir a la formación de coque fuera del reactor.

Las secciones de baja presión son típicamente columnas de destilación atmosférica y/o de vacío o secuencias de separadores a presiones diferentes y decrecientes.

Como se descubrió experimentalmente, en las secciones de baja presión, y particularmente en la sección de vacío, pueden tener lugar reacciones de deshidrogenación que conduzcan a la producción de hidrógeno y coque.

Una alta temperatura, una baja presión y unos altos tiempos de residencia en las retenciones de líquidos de los recipientes pueden provocar la formación de sólidos fuera del reactor del mismo orden de magnitud que en el reactor. Además, la formación de hidrógeno en el fondo de la columna de destilación al vacío puede tener un impacto significativo sobre la capacidad de fraccionamiento de la columna.

Al adoptar un diagrama de flujo de proceso EST-VPO que permite obtener los productos de reacción solo en la fase de vapor, después de la separación en un separador HP/HT, la fase de suspensión se limita a una zona de alta presión parcial de H2, eliminando todos los problemas relacionados con la deshidrogenación y la formación de producto sólido fuera del reactor.

Como se demostrará a continuación, a través del aparato y proceso descrito y reivindicado, se obtiene una mayor eficacia mediante la adopción de un separador HP/HT en lugar de un separador HP/HT, dado que los productos más ligeros contenidos en la fracción líquida del efluente de reacción se separan en la fase de vapor del gas de extracción, creando un nuevo equilibrio líquido-vapor que promueve el enriquecimiento de la fase de vapor en productos más pesados. Al utilizar un separador HP/HT, que trabaja aproximadamente a la temperatura y presión de la columna de reacción, hay separación entre la fase líquida y de vapor únicamente, con las mismas composiciones en el equilibrio L/V de la corriente que sale de la cabeza del reactor.

Otros objetos y ventajas de la presente invención quedarán más claros a partir de la siguiente descripción y los dibujos adjuntos, Dados únicamente a modo de ilustración no limitativa.

La Figura 1 ilustra una realización preferida del aparato de hidroconversión descrito y reivindicado, en donde (A) es un reactor de hidroconversión, (B) es una columna de extracción, (4) es una corriente de hidrogenación, que contiene preferentemente una mezcla de hidrógeno, metano, etano, propano y butano, (1) es la carga fresca de productos petrolíferos pesados, (5) es el efluente de reacción bifásico, (6) es el gas de extracción, (8) es una corriente en fase de vapor que contiene los productos de hidroconversión ligeros, (7) es una corriente en fase de suspensión que contiene los productos pesados y los sólidos, (3) es una corriente de drenaje, (2) es la parte reciclada al reactor.

La Figura 2 ilustra un modelo de simulación del aparato de hidroconversión de acuerdo con el estado de la técnica, en donde (A) es un reactor de hidroconversión, (S) es un separador, (1) es la carga fresca de productos petrolíferos pesados, (4) es la corriente de hidrogenación, que contiene preferentemente una mezcla de hidrógeno, metano, etano, propano y butano, (5) es el efluente de reacción bifásico, (10) es la fase de suspensión separada, (9) es la fase de vapor separada, (3) es el drenaje, (2) es la parte de la fase de suspensión reciclada al reactor.

La Figura 3 reproduce un modelo de simulación del aparato de hidroconversión de conformidad con la Figura 1 en donde la columna de extracción se representa a través de una zona de separación (S) y una zona de separación (E).

En la Figura 3, (A) es un reactor de hidroconversión, (S) es una zona donde tiene lugar la separación líquido-vapor del efluente de reacción, (E) es una zona de extracción donde la fase de suspensión (10) separada entra en contacto con el gas de extracción (6), generando la corriente gaseosa (11) rica en componentes volátiles y la corriente de suspensión (7) que contiene el extracto. En la Figura 3, (1) es la carga fresca de productos petrolíferos pesados, (4) es la carga de hidrogenación, que contiene preferentemente una mezcla de hidrógeno, metano, etano, propano y butano, (9) es la fase de vapor separada por el separador HP/HT, (8) es la fase de vapor que contiene los productos de reacción obtenidos uniendo las corrientes de vapor (9) en la salida del separador (S) y (11) en la salida de la zona de extracción (E), (3) es el drenaje, (2) es la parte de la corriente de suspensión reciclada al reactor.

Descripción detallada

La presente invención se describe ahora en detalle con referencia a la Figura 1.

La carga fresca, representada por los productos petrolíferos pesados (1) y una corriente de hidrogenación (4), se alimenta a través de dos entradas separadas a un reactor de hidroconversión (A) de burbujas de suspensión.

La corriente de hidrogenación puede ser preferentemente hidrógeno o una mezcla de hidrógeno e hidrocarburos ligeros en fase gaseosa; más preferentemente una mezcla de hidrógeno, metano, etano, propano y butano. El efluente de reacción bifásico (5) se envía directamente a una columna de extracción de alta presión y alta temperatura (B), situada aguas abajo del reactor y conectada directamente a la cabeza del reactor a través de una tubería por la que fluye dicho efluente.

A lo largo de dicha tubería no existen dispositivos de separación líquido-vapor o líquido-vapor-sólido.

La tubería que conecta el cabezal de reacción a la columna de extracción está compuesta por una parte vertical, conectada a la salida situada en la cabeza del reactor, y una parte que está conectada a una entrada a la columna de extracción.

La parte que está conectada a la entrada a la columna de extracción está inclinada hacia abajo con una inclinación comprendida entre 2 % y 10 %, preferentemente entre 4 % y 7 %, calculada con respecto al plano horizontal ortogonal al eje del reactor y al eje de la columna de extracción.

La parte inclinada de la tubería puede diseñarse de modo que la relación entre la longitud de la parte inclinada y el diámetro interior de la tubería sea al menos igual a 20. Esta relación asegura el establecimiento de un régimen de flujo estacionario dentro de la tubería.

La inclinación de la tubería asegura el establecimiento de un movimiento estratificado en donde la fase de suspensión fluye en la parte inferior de la tubería sin crear movimiento ondulatorio, como ocurriría en cambio para una tubería inclinada hacia arriba como la descrita en el documento WO 2016/103199.

En la realización de la tubería descrita en el documento WO 2016/103199, el movimiento ondulatorio era necesario para asegurar el efecto de arrastre del gas secundario introducido en el conducto. De esta manera, se garantiza la posibilidad de alcanzar un nuevo equilibrio líquido-vapor. En la presente invención, en dicha tubería, se debe crear un movimiento extremadamente regular para que la separación entre las fases ya se realice antes de la entrada a la columna de extracción, minimizando también los caudales que se introducen a la columna. Con los mismos caudales de efluente del reactor, la inclinación hacia abajo reduce la retención de suspensión en el conducto y aumenta significativamente su velocidad, con respecto al caso de un conducto inclinado hacia arriba. Además, el conducto inclinado hacia abajo también reduce o elimina los problemas de sedimentación de los sólidos transportados por la suspensión.

Excepto por las pérdidas de carga a lo largo del conducto en el que fluye el efluente de reacción, la columna de extracción funciona a la presión del reactor.

El catalizador de hidrogenación en fase de suspensión puede estar basado preferentemente en sulfuro de molibdeno o tungsteno.

La reacción de hidroconversión se lleva a cabo preferentemente a una temperatura comprendida entre 400 °C y 450 °C y a una presión comprendida entre 100 atm y 200 atm.

Más preferentemente, la reacción de hidroconversión se lleva a cabo preferentemente a una temperatura comprendida entre 420 °C y 440 °C ya una presión comprendida entre 140 atm y 180 atm.

La extracción a alta presión y alta temperatura se realiza preferentemente en las mismas condiciones de presión que en el reactor, excepto por las pérdidas de carga.

Se alimenta un gas de extracción (6) a la columna de extracción a través de un conducto de entrada situado por encima del nivel del líquido acumulado en la columna. El gas de extracción es una corriente que tiene la misma composición que la corriente de gas de hidrogenación alimentada durante la reacción. El gas de extracción fluye hacia la cabeza de la columna encontrando el componente líquido del efluente de reacción que, por el contrario, fluye hacia la parte inferior de la columna. Los vapores ya presentes en el efluente de reacción, los componentes volátiles extraídos del líquido presente en el efluente de reacción y el gas de extracción se acumulan en la cabeza de la columna de extracción, formando así una corriente de productos ligeros que salen de la cabeza de la columna.

En la columna de extracción hay uno o más dispositivos de contacto que permiten crear un contacto físico entre las diferentes fases. En estos dispositivos de contacto, el gas de extracción está en contacto con la fase líquida del efluente de reacción del que es capaz de separar los componentes ligeros de los pesados.

Como se ha mencionado, la columna de extracción contiene uno o más dispositivos de contacto, preferentemente de 2 a 6, que pueden ser de diferentes tipos, considerando que el objetivo a alcanzar es crear un contacto efectivo entre el gas de extracción que sube por la columna y el líquido que también arrastra consigo las partículas sólidas. Para evitar cualquier fenómeno de ensuciamiento, es preferible utilizar dispositivos de contacto seleccionados de plataformas descendentes, bandejas de discos y rosquillas y bandejas laterales.

Hay diferentes configuraciones de dispositivos de contacto, cuyo objetivo es crear al menos una etapa de equilibrio teórico. Al aumentar el número de dispositivos de contacto más allá de un cierto valor, la eficacia de eliminación se reduce hasta que se alcanza una meseta. La mejor configuración identificada prevé el uso de al menos una etapa de equilibrio para enriquecer la fase de vapor de los compuestos más pesados de manera compatible con la calidad de los productos obtenidos.

La corriente líquida (7) que contiene los componentes menos volátiles y que sale de la columna de extracción se recircula al reactor de hidroconversión, a través de una tubería adecuada, después de captar una corriente de drenaje (3).

Tal recirculación puede tener lugar de forma natural, aprovechando la diferencia de densidad entre las corrientes, o de forma forzada mediante el uso de una bomba adecuada adaptada para el tratamiento de mezclas líquido-sólido.

El drenaje tiene una función fundamental, ya que evita la acumulación de sólidos en el reactor de hidroconversión.

En las solicitudes de patente US 2015/0210940 y WO 2008/141830, por el contrario, se describe un reactor de acumulación de sólidos en donde los sólidos generados o derivados de la carga se acumulan a un nivel muy alto. En el reactor de acumulación de sólidos es fundamental mantener el sólido constantemente en el reactor ya que de esta forma se puede evitar la desactivación del catalizador, la deshidrogenación térmica y la formación de coque.

Por el contrario, el reactor de hidroconversión del aparato descrito y reivindicado en la presente solicitud de patente nunca debe ser un reactor de acumulación de sólidos y, por lo tanto, en su interior, y precisamente en el fondo, no debe acumularse ninguna fase sólida. Para hacer esto, es necesario captar una corriente de drenaje de forma continua desde la corriente de reciclado al reactor o directamente desde el reactor. En el primer caso, los conductos de captación y el medio están ubicados en el conducto de recirculación, mientras que en el último caso dichos conductos y medio están conectados directamente al reactor de hidroconversión.

El caudal de drenaje, cuando se capta desde la corriente de reciclado, puede modularse para que tenga un porcentaje en peso de sólidos insolubles en tetrahidrofurano (dichos sólidos insolubles se indican como THF-i) en la corriente de reciclado y en la corriente de drenaje que varía del 3 % al 15 %, preferentemente del 6 % al 12 %.

Preferentemente, el proceso descrito y reivindicado se realiza utilizando el aparato de hidroconversión de acuerdo con la presente solicitud de patente.

Los principales productos de hidroconversión son H²S, NH³, metano, etano, propano, butano, nafta, gasóleo atmosférico y gasóleo de vacío. La hidroconversión va acompañada de la desmetalización de la carga: se añaden vanadio, níquel y sulfuros de hierro como sólidos en la fase de suspensión al sulfuro de molibdeno que es el catalizador del proceso. También se observa una menor formación con respecto a los principales productos de una mesofase de carbono sólido, que constituye la mayoría de los sólidos insolubles en tetrahidrofurano, THF-i, contenida en la corriente a la salida del reactor.

Posteriormente, dicha corriente se envía a un extractor en el que una fase de vapor sale por la cabeza y una corriente de suspensión con componentes pesados menos volátiles sale por el fondo, que se recicla al reactor de hidroconversión (2) excepto por una corriente de drenaje (3). Dicho reciclaje se realiza mediante recirculación natural o mediante el uso de una bomba, como se destaca en la Figura 1. La suspensión reciclada se une con la carga fresca y se introduce en el reactor de hidroconversión.

Un diagrama de flujo del proceso de hidroconversión y, en particular, un diagrama de flujo del proceso EST-VPO que utiliza un separador de alta presión y alta temperatura (HP/HT), que opera en las mismas condiciones de operación que la planta descrita y reivindicada en la presente solicitud de patente, tiene una menor capacidad de producción. Esto se debe al hecho de que la fase líquida separada en el separador HP/HT y reciclada al reactor tiene la misma composición que el componente líquido del efluente que sale del reactor.

Reemplazando el separador HP/HT en el conducto de efluente de reacción con una columna de extracción de alta presión y alta temperatura, y utilizando como gas de extracción una corriente con una composición igual a la del gas alimentado al reactor, el componente de vapor, que contiene los productos de reacción en equilibrio con el componente líquido del efluente de reacción, se elimina inmediatamente dejando la cabeza de la columna de contacto y uniéndose con el gas de extracción que arrastra consigo a los componentes más ligeros de la fase líquida del efluente de reacción y ascendiendo por dicha columna. El gas de extracción, al encontrarse con la corriente de suspensión que desciende a lo largo del dispositivo de contacto de la columna de extracción, desplaza el equilibrio alcanzado a la salida del reactor. Desde el componente líquido, el gas de extracción puede arrastrar los componentes de punto de ebullición más alto que, sin su uso, quedarían atrapados en la fase líquida a la salida del reactor. La nueva fase líquida que sale de la columna de extracción, de la cual se han eliminado sus componentes más ligeros, se recircula después, excepto por una pequeña parte de drenaje, de forma natural o utilizando un dispositivo de captación adecuado, al reactor de hidroconversión. La fase de vapor que sale de la columna de extracción contiene componentes más pesados que los que se eliminan con la fase de vapor a la salida del reactor. Todo ello provoca un aumento de la capacidad de producción de la planta y, por tanto, una mayor cantidad de carga fresca procesable. Está claro que cuanto más similar sea el líquido reciclado al reactor, en cuanto a su composición, al líquido que sale del reactor, más probable es que se produzca un cambio hacia los productos ligeros. Con respecto a un diagrama de flujo del proceso EST-VPO, debido a la acción de extracción del gas, el líquido reciclado al reactor tendrá una composición diferente y será más pesado que el que sale del propio reactor. Por lo tanto, la cantidad de productos obtenidos globalmente en fase de vapor será mayor aunque su composición sea diferente.

Con el fin de comprender mejor la presente invención y ponerla en práctica, se muestran a continuación algunos ejemplos ilustrativos y no limitantes de la misma.

Ejemplo Comparativo 1

Con referencia a la Figura 2, considerando una planta de suspensión de hidroconversión con una disposición VPO, que comprende un reactor de suspensión de columna de burbujas de dimensiones industriales (45 m de altura, 4,8 m de diámetro interior) conectado, a través del conducto (5), a un separador, cuyo vapor (9) contiene los productos de hidroconversión y cuya suspensión (10) se recicla al reactor a través del conducto (2) correspondiente, sujeto a la captación en el conducto de recirculación de una corriente de drenaje (3).

El reactor, que opera a una temperatura de 435 °C y a una presión de 160 bar, se alimenta a través del conducto (1) con un residuo de vacío caracterizado por la siguiente composición:

Corte de 350-450 °C: 3,6 % en peso

Corte de 450-500 °C: 4,5 % en peso

Corte de 500-540 °C: 11,0 % en peso

540 °C residuo: 80,9 % en peso

El caudal de drenaje se selecciona de manera que tenga un porcentaje en peso de sólidos insolubles en tetrahidrofurano, THF-i, en la corriente de reciclado y en el drenaje, del 10 % en peso.

El caudal de recirculación se ajusta a 100 t/h, una circulación que puede ser natural debido a la diferencia de densidad entre la fase mixta del reactor y la suspensión del conducto que desciende del separador (10), o forzada a través de una bomba.

El caudal de gas alimentado al reactor a través del conducto (4) contiene 88,6 % en moles de H2, estando el resto constituido predominantemente por metano, etano, propano, butano y, en este ejemplo, es igual a 20 t/h.

En este diseño, que constituye el caso de referencia básico, el caudal del residuo de vacío alimentado es igual a 58,5 t/h. Este valor se calcula a través de una simulación de proceso desarrollada a partir de un punto de vista termodinámico, fluido-dinámico y cinético utilizando los datos de una planta de hidroconversión industrial con un reactor de burbujas de suspensión.

Los productos de hidroconversión se distribuyen, en la salida de la planta, tal como se indica en la Tabla 1.

Tabla 1

Ejemplo 1

Manteniendo inalterada, con respecto al ejemplo comparativo 1, la geometría del reactor, las condiciones de funcionamiento y la composición del residuo de vacío alimentado y reemplazado, de conformidad con la presente invención, el separador con un extractor (B) como en la Figura 1, el caudal de residuos de vacío aumenta a 76 t/h. El extractor se alimenta con un caudal de 20 t/h de gas de extracción, por el conducto (6), que tiene la misma temperatura y composición que el gas alimentado al reactor. El extractor se simula como una etapa de equilibrio líquido-vapor en la que las corrientes que entran son la suspensión procedente del reactor y el gas de extracción. Las corrientes que salen de esta etapa de equilibrio son una suspensión más concentrada para ser reciclada al reactor y un gas que contiene los productos extraídos que se une con el vapor proveniente del reactor para constituir el vapor que sale del extractor, es decir, el recipiente, a través del conducto (8). Se realizan los cálculos de equilibrio líquido-vapor, en cuanto al reactor, con la ecuación de estado RKS.

El uso del extractor en lugar del separador permite incrementar en un 30 % la capacidad de la planta de hidroconversión, es decir, el caudal de alimentación del residuo de vacío.

Los productos de hidroconversión del residuo de vacío se subdividen como se muestra en la Tabla 2.

Tabla 2

La naturaleza ligeramente más pesada de los productos se compensa con el aumento significativo de capacidad. Ejemplo 2

El aumento de capacidad resultante del uso del extractor (en lugar de un separador simple) depende de la relación entre el caudal de alimentación del gas de hidrogenación al reactor y el caudal de alimentación del gas de extracción al extractor.

Manteniendo inalterada, con respecto al ejemplo 1, la geometría del reactor, las condiciones de funcionamiento y el residuo de vacío alimentado, y actuando sobre la relación entre el caudal de gas de extracción a la columna de extracción y el de hidrogenación al reactor, ajustado a 20 t/h, se obtiene el siguiente gráfico 1, en donde R es la relación entre la capacidad de la planta de hidroconversión con el extractor y la de la planta de hidroconversión con el separador.

Puede verse que a medida que aumenta el caudal de gas de extracción hacia el extractor, aumenta el caudal de carga procesada de la planta; ya con 5 t/h de gas de extracción (abscisa igual a 0,25) se obtiene un aumento del 10 % en el caudal de carga procesada (ordenada de 1 a 1,1). El efecto del aumento del gas de extracción no es lineal y tiende a disminuir: a 20 t/h de gas de extracción (abscisas = 1) para aumentar el caudal de carga en la misma cantidad (ordenada de 1,3 a 1,4) se requiere el doble de la cantidad de gas: 10 t/h.

Ejemplo 3

Las placas situadas dentro del extractor entre la alimentación de la suspensión y la alimentación del gas de extracción deben realizar al menos una etapa de equilibrio teórico: esta es la suposición hecha en los ejemplos 1 y 2. La ventaja de utilizar un extractor de placas radica en la posibilidad de crear más de una etapa de equilibrio teórico, a diferencia de un extractor tradicional, en el que el gas de extracción se hace burbujear directamente en la suspensión. En este ejemplo, existe la ventaja de que se puede obtener, en términos de capacidad de la planta realizando, con un aumento apropiado en el número de placas reales, dos etapas de equilibrio teórico. Manteniendo la geometría del reactor, las condiciones de funcionamiento y la composición del residuo de vacío alimentado sin cambios, con respecto al ejemplo comparativo 1, utilizando un gas de extracción a la misma temperatura que el reactor, el uso de un extractor equivalente a una etapa de equilibrio teórico hace que el caudal del residuo de vacío aumente de 58,5 t/h a 72,8 t/h; si las placas reales contenidas en el extractor crean dos etapas de equilibrio teórico, el caudal del residuo de vacío aumenta aún más a 74,7 t/h.

Ejemplo 4

Para ilustrar mejor el efecto de la invención propuesta en este ejemplo, los caudales y composiciones se comparan en diferentes puntos del diagrama de flujo del proceso.

El diagrama de bloques de la Figura 2 se refiere al ejemplo comparativo 1.

Como se puede ver en la Tabla 3, la corriente recirculada al reactor (2) tiene la misma composición que la corriente de suspensión (10) separada del efluente de reacción en el separador (S).

La Figura 3, por otro lado, reproduce la Figura 1 con un diagrama de bloques y se refiere al ejemplo 1.

En este caso, la columna de extracción se representa a través de una zona de separación (S) y una zona de extracción (E) que obviamente no están separadas físicamente, pero que se simulan por separado para modelar lo que sucedería en la realidad.

En la zona de extracción (E) se crea el equilibrio líquido-vapor entre la corriente (10) y la corriente (6) de gas de extracción, generando la corriente de gas (11) enriquecida con productos extraídos y la corriente (7) que se divide en la corriente de suspensión (2) reciclada al reactor y en la corriente de suspensión de drenaje (3).

Como se puede observar en las Tablas 4 y 5, en este caso la corriente (2) reciclada al reactor no tiene, a diferencia de la que se muestra en la Tabla 3, la misma composición que la corriente (10): se reduce el porcentaje de cortes 450-y aumenta el de cortes 450+ de sólidos insolubles en tetrahidrofurano.

Tabla 3

(continuación)

Tabla 4

Tabla 5

(continuación)

Ejemplo 5

La tubería de conexión entre el reactor y la columna de extracción, después de una parte vertical conectada a la boquilla de salida del reactor, debe proceder hacia abajo hacia la columna para asegurar el establecimiento de un modo estratificado y flujos no pulsantes de gas y suspensión en la entrada a la columna. Para este fin, los resultados de las simulaciones CFD (Dinámica Computacional de Fluidos) del movimiento de la tubería de conexión se presentan en el presente documento en el caso "ascendente", descrito en el estado de la técnica y en el caso "descendente" descrito y reivindicado en la presente solicitud de patente. En las simulaciones CFD, el efluente de la reacción se ha descrito como un fluido bifásico, constituido por una fase gaseosa y una fase de suspensión. Por lo tanto, en el presente ejemplo siempre se hace referencia a un fluido bifásico. El movimiento bifásico (gas-suspensión) en la misma tubería se simula mediante CFD, en un caso, con una alimentación desde el extremo inferior con el fluido que, por tanto, fluye "hacia arriba"; en el otro, con una alimentación desde el extremo superior, con el fluido que, por tanto, fluye "hacia abajo"; con los mismos caudales de gas y suspensión. El gráfico, Figura 4, muestra el caudal de suspensión en la salida de la tubería, es decir, en la entrada de la columna, respectivamente en los dos casos, como una función del tiempo. Se puede observar como en el caso "descendente" el caudal es aproximadamente constante mientras que en el caso "ascendente", se observan oscilaciones considerables de caudal: de cero a dos veces el caudal medio.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Aparato para la hidroconversión de productos petrolíferos pesados que constituyen la carga fresca, comprendiendo dicho aparato:

- un reactor de hidroconversión de columna de burbujas de suspensión, que comprende un conducto de alimentación en el que se transporta la carga fresca y la fase de suspensión recirculada, un conducto de entrada para una corriente de hidrogenación y una salida para un efluente de reacción a través de una boquilla de salida; - una columna de extracción de alta presión y alta temperatura situada aguas abajo del reactor y conectada directamente a la cabeza del reactor a través de una tubería por la que fluye el efluente de la reacción; teniendo dicha columna un conducto de entrada para un gas de extracción, una entrada para el efluente del reactor, una salida de cabeza para el vapor y una salida para la fase de suspensión;

- conductos y medio para recircular la suspensión que sale de la columna de extracción;

- conductos y medio para captar una corriente de drenaje, que tiene la función de prevenir la acumulación de sólidos en el reactor;

estando caracterizada dicha columna de extracción por que contiene uno o más dispositivos de contacto que permiten crear un contacto físico entre las diferentes fases; y en donde la tubería que conecta la cabeza del reactor a la columna de extracción está compuesta por una parte vertical, conectada a la salida situada en la cabeza del reactor, seguida de una parte de la tubería que está conectada con una entrada a la columna de extracción, estando dicha parte inclinada hacia abajo con una inclinación comprendida entre 2 % y 10 %, calculada con respecto al plano horizontal ortogonal al eje del reactor y al eje de la columna de extracción.

2. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la columna de extracción contiene de 2 a 6 dispositivos de contacto.

3. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde los dispositivos de contacto se seleccionan entre plataformas descendentes, bandejas de discos y rosquillas, bandejas de lado a lado.

4. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la inclinación está comprendida entre el 4 % y el 7 %, calculada con respecto al plano horizontal ortogonal al eje del reactor y al eje de la columna de extracción.

5. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la parte inclinada de la tubería está diseñada de modo que la relación entre la longitud de la parte inclinada y el diámetro interior del conducto sea al menos igual a 20.

6. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el conducto y el medio para la captación de drenaje están en el conducto de reciclado del reactor o directamente conectados al reactor.

7. Un proceso para la hidroconversión de productos petrolíferos pesados, que constituyen la carga fresca, que se lleva a cabo utilizando el aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, comprendiendo dicho proceso las siguientes etapas:

- hacer reaccionar en al menos un reactor de hidroconversión una alimentación, que incluye alimentación fresca y suspensión recirculada, con un gas de hidrogenación, en presencia de un catalizador de hidrogenación adecuado, produciendo así un efluente bifásico;

- posteriormente, enviar directamente dicho efluente de reacción a una etapa de extracción de alta presión y alta temperatura, que opera a la presión de reacción, excepto por las pérdidas de carga a lo largo del conducto en el que fluye el efluente de reacción; alimentar como gas de extracción una corriente que tiene la misma composición que el gas alimentado al reactor; y producir así una corriente en fase de vapor y una corriente en fase de suspensión que contiene los productos pesados y los sólidos;

- recircular en la alimentación al reactor de hidroconversión, de manera continua, la suspensión separada en la etapa de extracción, y

- captar continuamente una corriente de drenaje.

8. Proceso de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el gas de hidrogenación es hidrógeno o una mezcla de hidrógeno e hidrocarburos ligeros en la fase gaseosa.

9. Proceso de acuerdo con la reivindicación 8, en donde la corriente de hidrogenación es una mezcla de hidrógeno, metano, etano, propano y butano.

10. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en donde el catalizador de hidrogenación en fase de suspensión está basado en sulfuro de molibdeno o tungsteno.

11. El proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en donde la reacción de hidroconversión se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre 400 °C y 450 °C ya una presión comprendida entre 100 atm y 200 atm.

12. Proceso de acuerdo con la reivindicación 11, en donde la reacción de hidroconversión se lleva a cabo a una temperatura comprendida entre 420 °C y 440 °C ya una presión comprendida entre 140 atm y 180 atm.

13. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, en donde la etapa de extracción se realiza a la misma presión que la fase de reacción, excepto por las pérdidas de carga a lo largo del conducto de alimentación del extractor.

14. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 13, en donde el drenaje se capta del conducto de reciclado al reactor o directamente desde el reactor.

15. Proceso de acuerdo con la reivindicación 14, en donde el flujo de drenaje, cuando se capta desde la corriente de reciclado, se modula para que tenga un porcentaje en peso de sólidos insolubles en tetrahidrofurano en la corriente de reciclado y el drenaje que varía del 3 % al 15 %.