MX2015002826A - Aparatos y metodos para la desoxigenacion de aceite de pirolisis derivado de biomasa. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a aparatos y métodos para la desoxigenación de un aceite de pirólisis derivado de biomasa. En una modalidad de realización ejemplar de la 5 presente invención, el método comprende de dividir una corriente de la alimentación en unas primera y segunda porciones de la alimentación. La corriente de la alimentación comprende el aceite de pirólisis derivado de biomasa y tiene una temperatura de 60°C o menos. La primera porción de la 10 alimentación, se combina con una corriente de líquido orgánico calentado para formar una primera corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado. La primera corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado, se pone en contacto con un primer catalizador de desoxigenación en presencia de hidrógeno para formar un efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxígeno intermediario. La segunda porción de la alimentación, se combina con el efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxígeno intermediario para formar una segunda corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado. La segunda corriente de alimentación de píro-aceite diluido calentado, se pone en contacto con un segundo catalizador de desoxigenación en presencia de hidrógeno para formar un efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxígeno adicional.

Description

APARATOS Y MÉTODOS PARA LA DESOXIGENACIÓN DE ACEITE DE PIROLISIS DERIVADO DE BIOMASA CAMPO TECNICO El campo téenico de la presente invención se refiere en general a aparatos y métodos para la producción de biocombustibles, y más particularmente, a aparatos y métodos para la producción de aceite de pirólisis derivado de biomasa con bajo contenido de oxigeno a partir de la desoxigenación catalítica del aceite de pirólisis derivado de biomasa.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La pirólisis rápida es un proceso durante el cual una alimentación de materia prima de biomasa orgánica carbonosa, es decir, "biomasa", tal como los residuos de madera, los cultivos de ciclo corto, los residuos agrícolas, los residuos sólidos urbanos, los pastos de energía y las algas, entre otros, se calientan rápidamente a entre 300°C y 900°C en ausencia de aire utilizando un reactor de pirólisis. En estas condiciones, se producen los productos sólidos, los productos líquidos y los productos gaseosos de pirólisis. Una porción condensable (vapores) de los productos de pirólisis gaseosos se condensa en aceite de pirólisis derivado de biomasa (también referido como "piro-aceite"). El aceite de pirólisis derivado de biomasa puede ser quemado directamente como combustible para ciertas aplicaciones de calderas y hornos, y también puede servir como materia prima potencial en procesos catalíticos para la producción de combustibles para el transporte y mezclas de combustible para el transporte en las refinerías de petróleo. Estimaciones recientes indican que, los líquidos desoxigenados producidos a partir del aceite de pirólisis derivado de biomasa, tienen el potencial de reemplazar a más del 50% de los combustibles para el transporte, lo que reduce la dependencia del petróleo convencional y reduce el impacto ambiental del sector del transporte, tal como las emisiones de gas de efecto invernadero (GHG, por sus siglas en Inglés).

Sin embargo, el aceite de pirólisis derivado de biomasa es un líquido orgánico complejo, altamente oxigenado, que tiene propiedades que actualmente limitan su utilización como biocombustible. Por ejemplo, el aceite de pirólisis derivado de biomasa tiene una alta acidez y una densidad energética baja, atribuible en parte, a los hidrocarburos oxigenados (y al agua) contenidos en el aceite. El término "hidrocarburos oxigenados" tal como se usa en la presente solicitud de patente, son compuestos orgánicos que comprenden hidrógeno, carbono y oxígeno. Tales hidrocarburos oxigenados en el aceite de pirólisis derivado de biomasa incluyen, a los ácidos carboxílicos, fenoles, cresoles, alcoholes y aldehidos, entre otros, algunos de los cuales, son químicamente inestables y pueden llevar a cabo reacciones secundarias durante el almacenamiento. El aceite de pirólisis derivado de biomasa convencional, comprende 30% o más en peso de oxígeno, el cual procede de estos hidrocarburos oxigenados. La conversión del aceite de pirólisis derivado de biomasa en biocombustibles de alta densidad energética y en productos químicos, requiere de la adición de hidrógeno y de la desoxigenación total o parcial del aceite de pirólisis derivado de biomasa.

Desafortunadamente, el aceite de pirólisis derivado de la biomasa es una materia prima difícil de hidroprocesar. En primer lugar, la hidrodesoxigenación catalítica del aceite de pirólisis derivado de biomasa es muy exotérmica, y puede conducir a puntos calientes no deseados en cualquier lugar de la superficie del catalizador a lo largo del reactor de hidroprocesamiento, lo que hace difícil controlar el perfil de temperatura del reactor, tanto axial como radialmente. La desoxigenación catalítica mal controlada del aceite de pirólisis derivado de biomasa, normalmente conduce al ensuciamiento del catalizador y al rápido taponamiento del reactor de hidroprocesamiento. Sin un control adecuado de la temperatura de reacción, las concentraciones de las especies reactivas, y la composición del catalizador y los componentes refractarios, se pueden formar en la superficie del catalizador y en el espacio intersticial entre las partículas del catalizador, creando patrones indeseables de flujo, la pérdida de la actividad del catalizador, y una acumulación de la presión diferencial en el reactor. Se cree que la formación de los componentes refractarios, es debido a la polimerización térmica o catalizada por ácidos de al menos una parte de los componentes deficientes de hidrógeno y químicamente inestables presentes en el aceite de pirólisis derivado de biomasa, por ejemplo, las reacciones de segundo orden en donde al menos una parte de estas especies reactivas interactúan químicamente para crear, ya sea, un polímero marrón vitreo o un carbón marrón en polvo, que limitan la duración de la corrida y la capacidad de procesamiento del aceite de pirólisis derivado de biomasa.

Por consiguiente, es deseable proporcionar aparatos y métodos para producir un aceite de pirólisis derivado de biomasa con bajo contenido en oxígeno, con un control mejorado sobre las condiciones de reacción. Además, es deseable proporcionar aparatos y métodos para producir un aceite de pirólisis derivado de biomasa con bajo contenido en oxígeno con una estabilidad de catalizador mejorada y el aumento de la eficiencia en la corriente, y para mejorar la eficiencia global de la conversión de aceite de pirólisis derivado de biomasa, a productos líquidos con una densidad energética más alta, adecuado para su uso como combustibles para el transporte y como un componentes de mezcla. Además, otros rasgos y características de la presente invención deseables serán evidentes a partir de la descripción detallada subsiguiente y las reivindicaciones adjuntas, tomadas en su conjunto con los dibujos que acompañan a la presente solicitud y a estos antecedentes de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En la presente solicitud de patente se proporcionan aparatos y métodos para la desoxigenación de un aceite de pirólisis derivado de biomasa. De acuerdo con una modalidad de realización ejemplar de la presente invención, un método para la desoxigenación de un aceite de pirólisis derivado de biomasa comprende las etapas de, dividir una corriente de alimentación en porciones, las cuales incluyen, una primera porción de alimentación y una segunda porción de alimentación. La corriente de alimentación comprende el aceite de pirólisis derivado de biomasa y tiene una primera temperatura de 60°C o menor. La primera porción de alimentación se combina con una corriente de líquido orgánico calentado para formar una primera corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado. La primera corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado, se pone en contacto con un primer catalizador de desoxigenación en presencia de hidrógeno y una primera zona de reacción, a unas primeras condiciones de hidroprocesamiento que son eficaces para formar un primer efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxigeno intermediario. La segunda porción de la alimentación, se combina con el primer efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxigeno intermediario, para formar una segunda corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado. La segunda corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado, se pone en contacto con un segundo catalizador de desoxigenación en presencia de hidrógeno y una segunda zona de reacción, a unas segundas condiciones de hidroprocesamiento que son eficaces para formar un efluente de piro-aceite con bajo en oxigeno adicional. El primero y segundo catalizadores de desoxigenación son del mismo tipo o de diferentes tipos de catalizador.

De acuerdo con otra modalidad de realización ejemplar de la presente invención, se proporciona un método para la desoxigenación de un aceite de pirólisis derivado de biomasa. El método comprende las etapas de, separar un efluente de piro-aceite de bajo contenido de oxigeno y, opcionalmente, calentarlo selectivamente, para formar una corriente de producto de piro-aceite con bajo contenido de oxigeno, una corriente de liquido orgánico de recielaje calentado, y una corriente de gas de reciclaje rica en hidrógeno. Una corriente de alimentación que comprende el aceite de pirólisis derivado de biomasa y que tiene una primera temperatura de 60°C o menor, se divide en porciones, que incluyen una primera porción de alimentación y una segunda porción de alimentación.

La primera porción de alimentación se combina con la corriente de liquido orgánico de recielaje calentado y la corriente de gas de reciclaje rica en hidrógeno, para formar una primera corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado. La primera corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado se introduce en una primera zona de reacción que contiene un primer catalizador de desoxigenación y que está funcionando a unas primeras condiciones de hidroprocesamiento que son eficaces para formar un primer efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxigeno intermediario. La segunda porción de alimentación se combina con el primer efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxigeno intermediario, para formar una segunda corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado. La segunda corriente de alimentación de aceite altamente diluido calentado, se introduce en una segunda zona de reacción que contiene un segundo catalizador de desoxigenación, y que está funcionando a una segundas condiciones de hidroprocesamiento que son eficaces para formar un efluente de piro-aceite con bajo contendido en oxigeno adicional. El primer y segundo catalizadores de desoxigenación son del mismo tipo o de diferentes tipos de catalizador.

De acuerdo con otra modalidad de realización ejemplar de la presente invención, se proporciona un aparato para la desoxigenación de un aceite de pirólisis derivado de biomasa. El aparato está configurado para recibir una corriente de alimentación. La corriente de alimentación comprende el aceite de pirólisis derivado de biomasa y tiene una temperatura de 60°C o menor. El aparato está configurado además para dividir la corriente de alimentación en porciones que incluyen, una primera porción de alimentación y una segunda porción de alimentación, y para combinar la primera porción de alimentación con una corriente de liquido orgánico calentado, para formar una primera corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado. Una primera zona de reacción está configurada para contener un primer catalizador de desoxigenación. La primera zona de reacción se configura además para recibir la primera corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado, para ponerlo en contacto con el primer catalizador de desoxigenación en presencia de hidrógeno, y operar a una primeras condiciones de hidroprocesamiento que son eficaces para formar un primer efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxigeno intermediario. El aparato está configurado además para combinar la segunda porción de alimentación con el primer efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxigeno intermediario, para formar una segunda corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado. Una segunda zona de reacción está configurada para contener un segundo catalizador de desoxigenación. La segunda zona de reacción está configurada además para recibir la segunda corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado, para ponerlo en contacto con el segundo catalizador de desoxigenación en presencia de hidrógeno, y para operar a unas segundas condiciones de hidroprocesamiento que son eficaces para formar efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxigeno adicional. El primer y segundo catalizadores de desoxigenación son del mismo tipo o de diferentes tipos de catalizador.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las diversas modalidades de realización de la presente invención, se describirán más delante de forma conjunta con las siguientes figuras contenidas en el apartado de los dibujos, en donde los mismos números indican los mismos elementos, y en donde: La figura 1 es un diagrama de bloques de un aparato y un método para la desoxigenación de un aceite de pirólisis derivado de biomasa de conformidad con una modalidad de realización ejemplar de la presente invención.

La figura 2 es un diagrama de bloques de un aparato y un método para la desoxigenación de un aceite de pirólisis derivado de biomasa de acuerdo con otra modalidad de realización ejemplar de la presente invención.

La figura 3 es un diagrama de bloques de un aparato y un método para la desoxigenación de un aceite de pirólisis derivado de biomasa de acuerdo con otra modalidad de realización ejemplar de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La siguiente descripción detallada de la invención, es meramente de naturaleza ilustrativa y con ella no se pretenden limitar las diversas modalidades de realización, ni la aplicación, ni usos de la presente invención. Además, no existe la intención de estar ligado a ninguna teoría presentada en los antecedentes anteriores ni tampoco en la siguiente descripción detallada de la invención.

Diversas modalidades de realización contempladas en la presente solicitud de patente, se refieren a métodos para la desoxigenación de un aceite de pirólisis derivado de biomasa (también denominado en la presente solicitud de patente como "piro-aceite"). A diferencia de la téenica anterior, las modalidades de realización ejemplares de la presente invención, que se enseñan en la presente solicitud de patente emplean una serie de zonas de reacción que incluye una primera zona de reacción y una segunda zona de reacción que están en comunicación fluida entre si. Tal como se utiliza en la presente solicitud de patente, el término "zona" se refiere a un área que incluye uno o más elementos del equipo y/o una o más sub-zonas. Los elementos del equipo pueden incluir uno o más reactores o recipientes del reactor, calentadores, intercambiadores, tuberías, bombas, compresores y controladores. Además, un elemento del equipo, tal como un reactor, una secadora, o un recipiente, puede incluir además una o más zonas o sub-zonas. Una corriente de alimentación que comprende el aceite de pirólisis derivado de biomasa y que tiene una temperatura de 60°C o menos, se divide en porciones las cuales incluyen, una primera porción de alimentación y una sequnda porción de alimentación. La primera porción de alimentación se combina con una corriente de líquido orgánico calentado y una corriente de qas rico en hidrógeno, para diluir y rápidamente calentar la primera porción de alimentación y formar una primera corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado. En una modalidad de realización ejemplar, la corriente de líquido orgánico calentado y/o la corriente de gas rico en hidrógeno, son corrientes de recirculación separadas después de un efluente de la segunda zona de reacción. La primera corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado, se introduce a la primera zona de reacción y se contacta con un catalizador de desoxigenación que está contenido en la primera zona de reacción. La primera zona de reacción se opera en condiciones de hidroprocesamiento eficaces para formar un efluente de piro-aceite con un bajo contenido de oxigeno intermediario. Los términos "piro-aceite con bajo contenido en oxigeno", "aceite de pirólisis con bajo contenido en oxigeno" y " aceite de pirólisis derivado de biomasa con bajo contenido en oxígeno", generalmente incluyen a cualguier aceite producido gue tiene una concentración de oxígeno más baja, que el aceite de pirólisis derivado de biomasa convencional. Esto incluye al aceite que no tiene oxígeno, es decir, un aceite de pirólisis derivado de biomasa en el que todos los hidrocarburos oxigenados se han convertido en hidrocarburos o aceite que comprende oxígeno en una cantidad de 0 a 10 por ciento en peso. El término "Hidrocarburos", tal como se usa en la presente solicitud de patente, son compuestos orgánicos que contienen principalmente sólo hidrógeno y carbono, es decir, libre de oxígeno. EL término "hidrocarburos oxigenados", tal como se discutió anteriormente son compuestos orgánicos que contienen hidrógeno, carbono y oxígeno.

En una modalidad de realización ejemplar de la presente invención, debido a la desoxigenación catalítica exotérmica de hidrocarburos oxigenados en la corriente de alimentación, se forma el primer efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxígeno intermediario, que tiene una temperatura más alta que la primer corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado. Para ayudar a controlar las condiciones de reacción para su posterior hidroprocesamiento, la segunda porción de la alimentación se combina con el primer efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxigeno intermediario, el cual diluye y calienta la segunda porción de la alimentación de manera efectiva, y enfria parcialmente (por ejemplo, disminuye la temperatura rápidamente) el primer efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxigeno intermediario, para formar una segunda corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado. La segunda corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado, que está a una temperatura elevada eficaz para el hidroprocesamiento, se introduce a una segunda zona de reacción y se contacta con un catalizador de desoxigenación que está contenido en la segunda zona de reacción para formar un efluente de piro-aceite con bajo contenido en oxigeno adicional.

Se ha encontrado que mediante el enfriamiento parcial del efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxigeno entre zonas de reacción (por ejemplo, entre la primera y segunda zonas de reacción), las condiciones de reacción tales como la temperatura y la presión se pueden controlar de manera más eficaz en todo el proceso para la desoxigenación del aceite de pirólisis derivado biomasa. Por otra parte, también se ha encontrado que poniendo en contacto el catalizador de desoxigenación con el aceite de pirólisis derivado de biomasa diluido (por ejemplo, la primera y segunda corrientes de alimentación de piro-aceite calentado diluido), incluyendo hidrógeno en las condiciones de hidroprocesamiento, la cantidad de polímero vitreo marrón o carbón marrón en polvo formado sobre el catalizador de desoxigenación se reduce o se minimiza sustancialmente con relación a los métodos convencionales. Sin estar limitados por la teoría, se cree gue mediante la dilución de porciones del aceite de pirólisis derivado de biomasa en la corriente de la alimentación, con la corriente de líquido orgánico calentado o con el efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxígeno intermediario, las reacciones simples del aceite de pirólisis derivado de biomasa con el hidrógeno para formar un aceite de pirólisis derivado de biomasa con bajo contenido de oxígeno, incrementan y dominan de manera efectiva, mientras que las reacciones de polimerización secundarias de los componentes del aceite de pirólisis derivado de biomasa con ellos mismos, se reducen o se minimizan, reduciendo o minimizando la formación de polímeros vitreos marrón o carbón marrón en polvo en el catalizador de desoxigenación. Por lo tanto, un aceite de pirólisis derivado de biomasa con bajo contenido de oxígeno, puede ser producido sin activar las zonas de catalizador/reacción de desoxigenación, lo que aumenta la duración de la ejecución y la mejora de la procesabilidad del aceite de pirólisis derivado de biomasa.

Haciendo referencia a la figura 1, se proporciona una representación esquemática de un aparato 10 para la desoxigenación de un aceite de pirólisis derivado de biomasa de conformidad con un ejemplo de una modalidad de realización de la presente invención. Como se ilustra, una corriente de alimentación 12 que comprende el aceite de pirólisis derivado de biomasa se introduce en el aparato 10. El aceite de pirólisis derivado de biomasa puede ser producido, tal como, por ejemplo, de la pirólisis de la biomasa en un reactor de pirólisis. Prácticamente cualquier forma de biomasa se puede utilizar para la pirólisis a fin de producir un aceite de pirólisis derivado de biomasa. El aceite de pirólisis derivado de biomasa puede ser derivado de material de biomasa, tal como, madera, residuos agrícolas, frutos secos y semillas, algas, residuos forestales, entre otros materiales similares. El aceite de pirólisis derivado de biomasa se puede obtener por diferentes modos de pirólisis, tales como, por ejemplo, pirólisis rápida, pirólisis al vacio, pirólisis catalítica, y pirólisis lenta o carbonización, entre otros procesos de pirólisis similares. La composición del aceite de pirólisis derivado de biomasa puede variar considerablemente y depende de las variables de materia prima y del procesamiento. Algunos ejemplos de aceite de pirólisis derivado de biomasa "tal como fueron producidos" pueden contener hasta 30% en peso o más de oxígeno, de 1,000 a 2,000 ppm de metales totales, de 20 a 33% en peso de agua que puede tener una alta acidez (por ejemplo, un número de acidez total (TAN)> 150), y un contenido de sólidos de 0.1% en peso a 5% en peso. El aceite de pirólisis derivado de biomasa puede ser no tratado (por ejemplo, "tal como fue producido"). Sin embargo, si es necesario el aceite de pirólisis derivado de biomasa puede ser tratado para reducir selectivamente cualquiera, o todo lo anteriormente mencionado, a un nivel deseado.

En una modalidad de realización ejemplar de la presente invención, el aceite de pirólisis derivado de biomasa es térmicamente inestable y está a una temperatura de 60°C o menos, tal como a 50°C o menos, tal como de 15 a 50°C, por ejemplo, de 15 a 40°C, para minimizar las reacciones secundarias de polimerización de los distintos componentes en el aceite de pirólisis derivado de biomasa, con ellos mismos. Como se ilustra, la corriente de alimentación 12 se divide en una pluralidad de porciones de alimentación 14, 16, 18, paralelas a, o junto a, una serie de zonas de reacción 19, 20, y 22. En una modalidad de realización ejemplar de la presente invención, la porción de alimentación 14 tiene una proporción en el flujo de masa de piro-aceite de desde 10% a 35% de la corriente de alimentación 12, la porción de alimentación 16 tiene una proporción en el flujo de masa de piro-aceite de desde 15% a 35% de la corriente de alimentación 12, y la porción de alimentación 18 tiene una proporción en el flujo de masa de piro-aceite de desde 15% a 50% de la corriente de material de alimentación 12. Aunque el aparato 10 se muestra como que tiene tres zonas de reacción, es de entenderse que el aparato 10 puede comprender, alternativamente, dos zonas de reacción o más de tres zonas de reacción. En una modalidad de realización ejemplar de la presente invención, la corriente de alimentación 12 se divide en un número de porciones que se corresponden con el número de zonas de reacción.

En una modalidad de realización ejemplar de la presente invención, una corriente de liquido orgánico calentado 24 se combina con una corriente de gas rico en hidrógeno 26 para formar una corriente combinada calentada 28. Como se explicará a detalle más adelante, en una modalidad de realización ejemplar de la presente invención, una corriente de liquido orgánico de recielaje calentado 30 forma la corriente de liquido orgánico calentado 24 durante una fase de funcionamiento continuo del aparato 10 mientras que una corriente de liquido orgánico de co-alimentación calentado 32 (por ejemplo, alcoholes, éteres, y compuestos fenólicos, por ejemplo, cresoles, etanol, isobutanol, y similares) pueden ser utilizados para formar inicialmente la corriente de liquido orgánico calentado 24 durante una fase de arranque del aparato 10. La corriente de gas rico en hidrógeno 26 comprende una corriente de gas de recielaje rica en hidrógeno 34, una corriente de gas rica en hidrógeno fresca/recuperada 36, o una combinación de las mismas.

En una modalidad de realización ejemplar de la presente invención, la corriente de liquido orgánico calentado 24 comprende varios componentes del aceite de pirólisis derivado de biomasa con bajo contenido de oxigeno, de la corriente de liquido orgánico de reciclaje calentado 30, tales como hidrocarburos y/o hidrocarburos oxigenados (por ejemplo, alcoholes, éteres, compuestos fenólicos, y similares) que son mutuamente miscibles con el aceite de pirólisis derivado de biomasa y/o con los productos producidos en las zonas de reacción 19, 20, y 22. En una modalidad de realización de la presente invención, la corriente de liquido orgánico calentado 24 comprende oxigeno en una cantidad de 0 a 10% en peso de la corriente de liquido orgánico calentado 24. Ejemplos no limitantes de los diversos componentes contenidos en la corriente de liquido orgánico calentado 24, incluyen hidrocarburos C4+, varios compuestos fenólicos tales como fenoles, cresoles, y similares entre otros, alcoholes tales como etanol, isobutanol, y similares entre otros, ácidos carboxilicos, aldehidos, y similares entre otros. Tal como se utiliza en la presente solicitud de patente, Cx significa moléculas de hidrocarburos que tienen "X" número de átomos de carbono, Cx+ significa moléculas de hidrocarburos que tienen "X" y/o más que "X" número de átomos de carbono, y Cx-significa moléculas de hidrocarburos que tienen "X" y/o menor que "X" número de átomos de carbono. En una modalidad de realización ejemplar de la presente invención, la corriente de liquido orgánico calentado 24 y, correspondientemente, la corriente combinada calentada 28 están a una temperatura de desde 150°C a 400°C, tal como 290°C a 350°C.

Antes de la zona de reacción 19, la porción de alimentación 14 y la corriente combinada calentada 28, se combinan para formar una corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado 38. En una modalidad de realización ejemplar de la presente invención, la porción de alimentación 14 y la corriente combinada calentada 28, se combinan a una proporción predeterminada de piro-aceite a aceite de recielaje de 1:5 a 1:40, tal como 1:10 a 1:20. La proporción predeterminada de piro-aceite a aceite de reciclaje, se define como, una proporción de flujo de la masa de piro-aceite de la porción de alimentación 18 a una proporción de flujo de la masa de aceite de reciclaje de la corriente de liquido orgánico de reciclaje calentado 30. En una modalidad de realización ejemplar de la presente invención, la corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado 38 tiene una temperatura de 100°C a 300°C.

Como se ilustra, la corriente de alimentación de piro- aceite diluido calentado 38 se introduce en la zona de reacción 19. La zona de reacción 19, y de forma independiente, las zonas de reacción 20 y 22, pueden ser un reactor tal como un reactor discontinuo o un reactor de flujo continuo, por ejemplo un reactor de lecho fijo, un reactor continuo de tanque agitado (CSTR, por sus siglas en Inglés), un reactor de lecho de goteo , un reactor de lecho de ebullición, un reactor de suspensión, o cualquier otro reactor bien conocido por los Expertos en la téenica para el hidroprocesamiento. Alternativamente, la zona de reacción 19, y de forma independiente, las zonas de reacción 20 y 22, pueden ser una subzona o lecho individual en un reactor en el que dos o más de las zonas de reacción 19, 20, y 22 están dispuestas en un recipiente de reactor común.

La zona de reacción 19 contiene un catalizador de desoxigenación. En una modalidad de realización ejemplar de la presente invención, el catalizador de desoxigenación comprende un metal o una combinación de metales, tales como un (unos) metal(es) base, metal (es) refractario(s), y/o metal (es) noble(s), tales como platino, paladio, rutenio, níquel, molibdeno, tungsteno, y/o cobalto. Los metales pueden estar en un soporte, tal como un soporte de carbono, un soporte de sílice, un soporte de alúmina, un soporte de sílice alúmina, un soporte de gamma alúmina, y/o un soporte de titanio. El catalizador de desoxigenación puede ser un catalizador más activo o un catalizador menos activo para la desoxigenación. Un catalizador más activo para la desoxigenación es un catalizador, ya sea con mayores cargas de metales activos, mayor densidad cargada, o más metales activos, tales como, por ejemplo, níquel molibdeno, que son más activos para la desoxigenación que el cobalto molibdeno, paladio, que es más activo que el níquel molibdeno, y paladio reducido, que es más activo que el sulfuro de paladio. Otro catalizador de hidroprocesamiento bien conocido por los Expertos en la téenica también puede ser utilizado.

La zona de reacción 19 es operada en condiciones de hidroprocesamiento. En una modalidad de realización ejemplar de la presente invención, las condiciones de hidroprocesamiento incluyen una temperatura del reactor de 100°C a 350°C, tal como de 200°C a 300°C, una presión de reactor de 3,500 a 15,000 kPa manométricos (gauge), una velocidad espacial horaria de líquido (LHSV, por sus siglas en Inglés) sobre una base de volumen de aceite de pirólisis derivado de biomasa/volumen de catalizador/hora (hr_1) de 0.1 a 1 hr1, y una proporción de gas de tratamiento que contiene hidrógeno de desde 175 a 2,700 litros normales de hidrógeno por litro de alimentación de aceite de pirólisis (SL H2/L de alimentación). En una modalidad de realización de la presente invención, si un catalizador más activo o una mayor cantidad de catalizador se utiliza para el catalizador de desoxigenación, por ejemplo, que en las otras zonas de reacción 20 y/o 22, pueden ser utilizadas temperaturas de reacción más bajas para las condiciones de hidroprocesamiento, tal como desde 150°C a 250°C, mientras que si se utiliza un catalizador menos activo o una menor cantidad de catalizador para el catalizador de desoxigenación, por ejemplo, que en las otras zonas de reacción 20 y/o 22, pueden utilizarse temperaturas de reacción más altas para las condiciones de hidroprocesamiento, tal como de 200°C a 350°C.

La corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado 38, se pone en contacto con el catalizador de desoxigenación para formar un efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxigeno intermediario 40, mediante la conversión de al menos una porción de los hidrocarburos oxigenados en el aceite de pirólisis derivado de biomasa, en hidrocarburos. En particular, el hidrógeno de la corriente de gas rico en hidrógeno 26, elimina el oxigeno del aceite de pirólisis derivado de biomasa como agua, para producir el efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxigeno intermediario 40. El aceite contenido en el efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxigeno intermediario 40 puede ser parcialmente desoxigenado con algunos hidrocarburos oxigenados residuales, o puede ser sustancialmente totalmente desoxigenado, en donde sustancialmente la totalidad de los hidrocarburos oxigenados se convierten en hidrocarburos. Se cree que los beneficios de la desoxigenación catalítica del aceite de pirólisis derivado de biomasa, diluido con la corriente de líquido orgánico calentado 24, incluye, pero no se limitan a, un aumento de la solubilidad de hidrógeno, inmolación de la exotermia por dilución de las especies reactivas en el aceite de pirólisis derivado de biomasa, y la reducción de la proporción de reacción de reactantes bimoleculares que conducen a reacciones de polimerización secundarias. Como tales, simples reacciones del aceite de pirólisis derivado de biomasa con hidrógeno para formar un aceite de pirólisis derivado de biomasa con bajo contenido en oxígeno dominan mientras que reacciones secundarias de polimerización de los componentes del aceite de pirólisis derivados de biomasa con ellos mismos, se reducen o se minimizan, reduciendo o minimizando de esta manera, la formación de polímeros vitreos marrón o carbón marrón en polvo en el catalizador de desoxigenación.

En una modalidad de realización ejemplar de la presente invención, debido a la reacción de desoxigenación catalítica exotérmica, se forma el efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxígeno intermediario 40 que tiene una temperatura de 160°C a 360°C, tal como de 260°C a 350°C. El efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxígeno intermediario 40 se remueve de la zona de reacción 19 y se combina con la porción de alimentación 16, que diluye y calienta de manera efectiva, la porción de alimentación 16 y parcialmente enfria el efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxigeno intermediario 40, para formar una corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado 42. Se ha encontrado que enfriando los reactivos del piro-aceite combinados y el efluente del producto en una etapa intermedia del hidroprocesamiento, se ayuda a controlar las condiciones de reacción reduciendo o limitando la elevación de la temperatura de la reacción de desoxigenación catalítica exotérmica. En una modalidad de realización ejemplar de la presente invención, la corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado 42 tiene una temperatura de 120°C a 350°C.

Como se ilustra, la corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado 42, se introduce en la zona de reacción 20. La zona de reacción 20 contiene un catalizador de desoxigenación y está funcionando en condiciones de hidroprocesamiento. El catalizador de desoxigenación en la zona de reacción 20, puede ser el mismo que en la zona de reacción 19, o puede ser un catalizador de desoxigenación diferente. En una modalidad de realización ejemplar de la presente invención, las condiciones de hidroprocesamiento incluyen una temperatura del reactor de 100°C a 350°C, tal como de 200°C a 300°C, y una presión de reactor de 3,500 a 15,000 kPa manométricos (gauge). En una modalidad de realización de la presente invención, si se utiliza un catalizador más activo o de una mayor cantidad de catalizador para el catalizador de desoxigenación, por ejemplo, que en las otras zonas de reacción 19 y/o 22, pueden ser utilizadas temperaturas de reacción más bajas para las condiciones de hidroprocesamiento, tal como desde 150°C a 250°C, mientras que si se utiliza un catalizador menos activo o de una menor cantidad de catalizador para el catalizador de desoxigenación, por ejemplo, que en las otras zonas de reacción 19 y/o 22, pueden utilizarse temperaturas de reacción más altas para las condiciones de hidroprocesamiento, tal como de 200°C a 350°C.

La corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado 42, que contiene hidrógeno sin reaccionar del efluente de piro-aceite con bajo contenido en oxigeno intermediario 40, se pone en contacto con el catalizador de desoxigenación para formar un efluente de piro-aceite con bajo contenido en oxigeno intermediario 44 mediante la conversión de al menos una porción de los hidrocarburos oxigenados en el aceite de pirólisis derivado de biomasa, en hidrocarburos como se discutió anteriormente. En una modalidad de realización ejemplar de la presente invención, debido a la reacción de desoxigenación catalítica exotérmica, se forma el efluente de piro-aceite con bajo contenido en oxigeno intermediario 44, que tiene una temperatura de 160°C a 360°C, tal como de 260°C a 350°C.

El efluente de piro-aceite con bajo contenido en oxigeno intermediario 44 se retira de la zona de reacción 20. En una modalidad de realización ejemplar de la presente invención, si el aparato 10 comprende sólo dos zonas de reacción 19 y 20, entonces efluente de piro-aceite con bajo contenido en oxigeno intermediario 44, se hace avanzar directamente a la zona de separación de producto 46. Alternativamente y como se ilustra, si el aparato 10 contiene al menos las tres zonas de reacción 19, 20 y 22, entonces el efluente de piro-aceite con bajo contenido en oxigeno intermediario 44, se combina con la porción de alimentación 18, que diluye y calienta de manera eficaz la porción de alimentación 18, y enfria parcialmente, el efluente de piro-aceite con bajo contenido en oxigeno intermediario 44, para formar una corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado 48. Como se discutió anteriormente, el enfriamiento de los reactivos de piro-aceite combinados y del efluente de producto en una etapa intermedia en el hidroprocesamiento, ayuda a controlar las condiciones de reacción. En una modalidad de realización ejemplar de la presente invención, la corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado 48, tiene una temperatura de 10°C a 300°C.

La corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado 48, se introduce en la zona de reacción 22. La zona de reacción 22 contiene un catalizador de desoxigenación y opera en condiciones de hidroprocesamiento. El catalizador de desoxigenación en la zona de reacción 22 puede ser el mismo que en las zonas de reacción 19 y/o 20, o puede ser un catalizador de desoxigenación diferente. En una modalidad de realización ejemplar de la presente invención, las condiciones de hidroprocesamiento incluyen una temperatura del reactor de 100°C a 350°C, tal como de 200°C a 300°C, y una presión de reactor de 3,500 a 15,000 kPa manométricos (gauge). En una modalidad de realización de la presente invención, si se utiliza un catalizador más activo o una mayor cantidad de catalizador para el catalizador de desoxigenación, por ejemplo, que en las otras zonas de reacción 19 y/o 20, pueden ser utilizadas temperaturas de reacción más bajas para las condiciones de hidroprocesamiento, tal como desde 150°C a 250°C, mientras que si se utiliza un catalizador menos activo o una menor cantidad de catalizador para el catalizador de desoxigenación, por ejemplo, que en las otras zonas de reacción 19 y/o 20, pueden utilizarse temperaturas de reacción más altas para las condiciones de hidroprocesamiento, tal como de 200°C a 350°C.

La corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado 48, que contiene hidrógeno sin reaccionar del efluente de piro-aceite con bajo contenido en oxigeno intermediario 44, se pone en contacto con el catalizador de desoxigenación para formar un efluente de piro-aceite con bajo contenido en oxigeno 50, mediante la conversión de al menos una porción de los hidrocarburos oxigenados en el aceite de pirólisis derivado de biomasa, en hidrocarburos tal como se discutió anteriormente. En una modalidad de realización ejemplar de la presente , debido a la reacción de desoxigenación catalítica exotérmica, se forma el efluente de piro-aceite con bajo contenido en oxígeno 50, que tiene una temperatura de 160°C a 360°C, tal como de 260°C a 350°C.

El efluente de piro-aceite con bajo contenido en oxígeno 50 se separa de la zona de reacción 20. Como se ilustra, el efluente de piro-aceite con bajo contenido en oxígeno 50 se introduce en la zona de separación de producto 46. La zona de separación de producto 46, elimina sustancias volátiles y ligeras (por ejemplo, hidrógeno, hidrocarburos C3~, y otras sustancias similares), agua, y otros compuestos similares del efluente de piro-aceite con bajo contenido en oxígeno 50, mediante el enfriamiento, calentamiento, y/o fraccionamiento, tal como es bien conocido en el estado de la téenica, usando uno o más recipientes de separación, columnas de fraccionamiento, calentadores, condensadores intercambiadores, tuberías, bombas, compresores, controladores, y/u otros dispositivos similares. En una modalidad de realización ejemplar de la presente invención, la zona de separación 46 separa el efluente de piro-aceite con bajo contenido en oxigeno 50 en la corriente de líquido orgánico de recielaje calentado 30, la corriente de gas de reciclaje rica en hidrógeno 34, y en una corriente de producto de piro-aceite con bajo contenido en oxígeno 52.

Las figuras 2 y 3, ilustran modalidades de realización modificadas de la presente invención, para el aparato 10 que son similares al aparato 10 mostrado en la figura 1, con la excepción de las corrientes de flujo entre la zona de separación de producto 46 y la zona de reacción 19. En particular, y como se ilustra en la figura 2, los calentadores de 54 y/o 56 pueden opcionalmente estar dispuestos después de la zona de separación de producto 46. Dependiendo de las temperaturas utilizadas para separar el efluente de piro-aceite con bajo contenido en oxígeno 50 en la zona de separación del producto 46, puede ser deseable añadir calor a las corrientes de reciclaje. En una modalidad de realización de la presente invención, la zona de separación de producto 46, separa el efluente de piro-aceite con bajo contenido en oxígeno 50 en una corriente de líquido orgánico de reciclaje 30', en la corriente de gas de reciclaje rica en hidrógeno 34, y en la corriente de producto de piro-aceite con bajo contenido en oxígeno 52. Como se ilustra, la corriente de gas de reciclaje rica en hidrógeno 34, se pasa a lo largo de la zona de separación del producto 46 y se introduce en el calentador 54, para producir una corriente de gas de recielaje rica en hidrógeno calentada 34'. En un ejemplo de realización de la presente invención, la corriente de gas de reciclaje rica en hidrógeno calentada 34', tiene una temperatura de 100°C a 300°C. En otra modalidad de realización de la presente invención, la corriente liquido orgánico reciclaje 30' se pasa a lo largo de la zona de separación de producto 46, y se introduce en el calentador 56, para formar la corriente de liquido orgánico reciclaje calentado 30, tal como se discutió anteriormente. Después de los calentadores 54 y 56, la corriente de gas de reciclaje rica en hidrógeno calentada 34' y la corriente orgánica de reciclaje calentada 30, se combinan para formar las corrientes combinadas calentadas 28.

Como se ilustra en la figura 3, en una modalidad de realización alternativa de la presente invención, al menos una porción 58 de la corriente de gas de reciclaje rica en hidrógeno 34, se combina con la corriente de liquido orgánico de reciclaje 30' después de la zona de separación de producto 46 y antes del calentador 56, para formar una corriente combinada 60. Las corrientes combinadas 60 se hacen pasar a través del calentador 56, para formar una corriente de liquido orgánico que contiene hidrógeno de reciclaje calentada 62, que contiene la corriente de liquido orgánico de recielaje calentada 30, tal como se discutió anteriormente. En una modalidad de realización ejemplar de la presente invención, la corriente de liquido orgánico que contiene hidrógeno de reciclaje calentado 62, tiene una temperatura de 100°C a 300°C. A continuación, se hace pasar la corriente de liquido orgánico que contiene hidrógeno de reciclaje calentado 62, a lo largo de y se combina con, cualquier porción restante 64 de la corriente de gas de reciclaje rica en hidrógeno 34, para formar las corrientes combinada calentadas 28, como se discutió anteriormente.

En consecuencia, los aparatos y los métodos para la desoxigenación de un aceite de pirólisis derivado de biomasa han sido descritos en la presente solicitud de patente. A diferencia del estado de la téenica, las modalidades de realización ejemplares de la invención que se enseñan en la presente solicitud de patente, emplean una serie de zonas de reacción que incluyen una primera zona de reacción y una segunda zona de reacción, que están en comunicación fluida entre si. Una corriente de alimentación que comprende el aceite de pirólisis derivado de biomasa y que tiene una temperatura de 60°C o menor se divide en porciones, incluyendo una primera porción de alimentación y una segunda porción de alimentación. La primera porción de alimentación se combina con una corriente de líquido orgánico calentado y una corriente de gas rico en hidrógeno, para formar una primera corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado. La primera corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado se introduce en la primera zona de reacción y se pone en contacto con un catalizador de desoxigenación. La primera zona de reacción se opera en condiciones de hidroprocesamiento eficaces para formar un efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxigeno intermediario. Para ayudar a controlar las condiciones de reacción para su posterior hidroprocesamiento, la segunda porción de alimentación se combina con el primer efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxigeno intermediario, que diluye y calienta de manera efectiva, la segunda porción de alimentación y parcialmente enfria el primer efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxigeno intermediario, para formar una segunda corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado. La segunda corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado, se introduce a una segunda zona de reacción y se pone en contacto con un catalizador de desoxigenación para formar un efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxigeno adicional.

Mientras que al menos una forma de realización ejemplar ha sido presentada en la descripción detallada anterior de la divulgación de la presente invención, se debe apreciar que existe un gran número de variaciones posibles. También debe apreciarse que la modalidad de realización ejemplar o las modalidades de realizaciones ejemplares son sólo ejemplos, y no pretenden limitar de ninguna manera, el alcance, la aplicabilidad, o la configuración de la divulgación de la presente invención. Más bien, la descripción detallada anterior proporcionará a los Expertos en la téenica una guia conveniente para la implementación de un ejemplo de realización de la divulgación de la presente invención. Quedando entendido que diversos cambios pueden ser hechos en cuanto a la función y a la disposición de los elementos descritos en una modalidad de realización ejemplar, sin apartarse del alcance de la descripción de la presente invención, tal como se expone a continuación en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Un método para la desoxigenación de un aceite de pirólisis derivado de biomasa, en donde el método comprende las etapas de: dividir una corriente de alimentación que comprende el aceite de pirólisis derivado de biomasa y que tiene una primera temperatura de 60°C o menos, en porciones, las cuales incluyen una primera porción de la alimentación y una segunda porción de la alimentación; combinar la primera porción de la alimentación, con una corriente de liquido orgánico calentado, para formar una primera corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado; poner en contacto la primera corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado, con un primer catalizador de desoxigenación en presencia de hidrógeno, en una primera zona de reacción y a unas primeras condiciones de hidroprocesamiento que son eficaces para formar un primer efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxigeno intermediario; combinar la segunda porción de la alimentación, con el primer efluente de piro-aceite con bajo contenido de oxigeno intermediario, para formar una segunda corriente de alimentación de aceite altamente diluido calentado; y poner en contacto la segunda corriente de alimentación de aceite altamente diluido calentado, con un segundo catalizador de desoxigenación en presencia de hidrógeno, en una segunda zona de reacción y a unas segundas condiciones de hidroprocesamiento que son eficaces para formar un efluente de piro-aceite con bajo contenido en oxigeno adicional, y en donde el primero y el segundo catalizador de desoxigenación son del mismo tipo, o de diferentes tipos de catalizadores.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde la etapa de combinar la primera porción de la alimentación, comprende la combinación de la primera porción de la alimentación con la corriente de liquido orgánico calentado y una corriente de gas rico en hidrógeno, para formar la primera corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado, antes de la etapa de poner en contacto la primera corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado con el primer catalizador de desoxigenación.

3. El método de conformidad con la reivindicación 2, en donde la corriente de gas rico en hidrógeno, comprende una corriente de gas de recielaje rico en hidrógeno, y el método comprende además la etapa de: hacer pasar la corriente de gas de reciclaje rico en hidrógeno a través de un calentador, para calentar la corriente de gas de reciclaje rico en hidrógeno, antes de la etapa de la combinación de la primera porción de la alimentación con la corriente de liquido orgánico calentado y la corriente de gas rico en hidrógeno.

4. El método de conformidad con la reivindicación 2, en donde la corriente de liquido orgánico calentado, comprende una corriente de liquido orgánico de recielaje calentado.

5. El método de conformidad con la reivindicación 4, comprende además la etapa de: hacer pasar una corriente de liquido orgánico de reciclaje a través de un calentador, para formar la corriente de liquido orgánico de reciclaje calentado, antes de la etapa de combinar la primera porción de la alimentación, con la corriente de liquido orgánico calentado y la corriente de gas rico en hidrógeno, para formar la primera corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado.

6. El método de conformidad con la reivindicación 5, en donde la corriente de gas rico en hidrógeno comprende una corriente de gas de reciclaje rico en hidrógeno, y el método comprende además la etapa de: combinar la corriente de liquido orgánico de reciclaje y la corriente de gas de reciclaje rico en hidrógeno, para formar una corriente de reciclaje combinada, y en donde la etapa de hacer pasar, comprende hacer pasar la corriente de recielaje combinada a través del calentador, para formar una corriente de liquido orgánico que contiene hidrógeno de reciclaje combinada y calentada, y en donde la etapa de combinar la primera porción de la alimentación, comprende la combinación de la primera porción de la alimentación con el corriente de liquido orgánico que contiene hidrógeno de reciclaje combinada y calentada, para formar la primera corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado.

7. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde la etapa de combinar la primera porción de la alimentación, comprende la formación de la primera corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado que tiene una segunda temperatura de 100°C a 300°C.

8. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde la etapa de poner en contacto la primera corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado, comprende poner en contacto la primera corriente de alimentación de piro-aceite diluido calentado, con el primer catalizador de desoxigenación a una temperatura de zona de reacción de 100°C a 350°C.

9. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde la etapa de combinar la segunda porción de la alimentación, comprende la formación de la segunda corriente de alimentación de aceite altamente diluido calentado que tiene una tercera temperatura de 120°C a 350°C.

10. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde la etapa de poner en contacto la segunda corriente de alimentación de aceite altamente diluido calentado, comprende poner en contacto la segunda corriente de alimentación de aceite altamente diluido calentado, con el segundo catalizador de desoxigenación a una temperatura de zona de reacción de 160°C a 360°C.