BR0207755B1 - processo para recuperação de betume e para produção de um produto de betume transportável num oleoduto utlizando vapor e diluentes obtidos de um processo integrado de conversão de gás. - Google Patents

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"PROCESSO PARA RECUPERAÇÃO DE BETUME E PARA PRODUÇÃO DE UM PRODUTO DE BETUME TRANSPORTÁVEL NUM OLEODUTO UTILIZANDO VAPOR E DILUENTES OBTIDOS DE UM PROCESSO INTEGRADO DE CONVERSÃO DE GÁS" Campo da Invenção

A invenção refere-se a um processo em que os hidrocarbonetos e vapor produzidos por um processo de conversão de gás são usados para estimular a produção e transporte de betume. Mais particularmente, a invenção refere-se a um processo em que o gás natural é convertido em uma alimentação de gás de síntese Fischer-Tropsch, da qual hidrocarboneto líquido e vapor são produzidos para facilitar a produção de betume e transporte por oleoduto para instalações de refino. Fundamentos da Invenção

Depósitos de óleo cru muito pesado, tais como as formações de areia alcatroada encontradas em lugares como Canadá e Venezuela, contêm trilhões de barris de um petróleo viscoso muito pesado, comumente referido como betume. O betume tem uma densidade API tipicamente na faixa de 5o a IO0 e uma viscosidade, nas temperaturas e pressões de formação, que pode ser tão alta quanto um milhão de centipoises. As moléculas hidrocarbonáceas compondo o betume são de baixo teor de hidrogênio e têm um teor de resina mais asfaltenos tão alto quanto 70%. Isto torna o betume de difícil produção, transporte e beneficiamento. Sua viscosidade deve ser reduzida in-situ no subsolo para que seja bombeado para fora (produzido). Embora a diluição do betume in-situ com um solvente aromático tenha sido proposta para a redução da viscosidade (patente canadense 1.034.485), a produção de betume é comumente facilitada por estimulação com vapor. Na produção de betume estimulada por vapor, vapor quente é injetado para baixo para dentro da formação para diminuir a viscosidade do óleo suficientemente para bombeá-lo do solo. Isto é descrito, por exemplo, nas Patentes U.S. 4.607.699. A Patente U.S. 4.874.043 descreve o bombeio alternado de vapor e água quente para dentro do solo. Entretanto, o betume produzido por vapor é ainda demasiado viscoso para ser transportado para as instalações de beneficiamento por oleoduto. Portanto, ele deve ser diluído com um líquido compatível de mais baixa viscosidade, em uma quantidade suficiente para produzir uma mistura tendo uma viscosidade bastante baixa para ser transportada por oleoduto. Isto é conhecido e revelado, por exemplo, na Patente U.S. 6.096.192. Um aspecto significativo da produção de betume é uma fonte de vapor prontamente disponível, parte do qual é perdido ou consumido no processo e não pode ser recuperado. Outro é um suprimento abundante de um diluente de betume compatível, especialmente se for usado de uma só vez e preferivelmente sem requerer uma operação de conversão de betume a jusante, para produzir o diluente. No processo Ί92, o diluente é obtido formando-se uma mistura de condensado de gás natural e hidrocarbonetos de baixa ebulição, obtidos de hidroconversão catalítica parcial do betume. Uma fonte abundante de hidrogênio é necessária para beneficiar combustíveis destilados médios de betume, produzidos pela conversão de betume. Quando a produção de diesel de betume for desejada, um componente de mistura relativamente elevado de cetano é necessário para mistura com o diesel de betume de cetano inferior. Os processos de conversão de gás produzem hidrocarbonetos

de um gás de síntese derivado de gás natural, como é bem sabido. O gás de síntese compreende uma mistura de H2 e CO, que são reagidos na presença de um catalisador Fischer-Tropsch para formar hidrocarbonetos. Processos de síntese de leito fixo, leito fluidizado e lama de hidrocarboneto têm sido usados, todos sendo bem documentados em vários artigos técnicos e em patentes. Hidrocarbonetos tanto leves como pesados são sintetizados. Além da produção de hidrocarboneto, estes processos também produzem vapor e água. Seria um aperfeiçoamento da arte se a produção de betume e conversão de gás pudessem ser integrados, para utilizar aspectos do processo de conversão de gás para aumentar a produção e os produtos de betume. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A invenção refere-se a um processo em que o gás natural é convertido em uma alimentação de gás de síntese, de que hidrocarbonetos líquidos e vapor são produzidos para facilitar a produção de betume e o transporte por oleoduto para instalações de refino. A conversão do gás natural em gás de síntese e a produção de hidrocarbonetos do gás de síntese serão a seguir referidos como "conversão de gás". O gás natural usado para produzir o gás de síntese típica e preferivelmente vem do campo de betume ou um poço de gás próximo. A conversão do gás produz hidrocarbonetos líquidos, vapor e água. Assim, a invenção geralmente refere-se a um processo integrado de conversão de gás e produção de betume, em que vapor e líquidos hidrocarbonados da conversão de gás são respectivamente usados para estimular a produção e diluição do betume para transporte. A conversão do gás natural em um gás de síntese é conseguida por qualquer processo de gás de síntese adequado. O gás de síntese compreende uma mistura de H2 e CO e é contatado com um catalisador de síntese hidrocarbonado adequado, em condições de reação eficazes para o H2 e CO do gás reagirem e produzirem hidrocarbonetos, pelo menos uma parte dos quais sendo líquida. Uma parte destes hidrocarbonetos líquidos, preferivelmente hidrocarbonetos de mais baixa ebulição e mais preferivelmente compreendendo uma fração de nafta, é usada para diluir a viscosidade do betume produzido pelo processo, a fim de que ele possa ser transportado para uma instalação de refino por oleoduto. O processo de conversão de gás também produz vapor de alta e média pressão, todo ou parte do qual é injetada dentro do solo para estimular a produção de betume. Além dos hidrocarbonetos, água é produzida pela reação de síntese dos hidrocarbonetos, toda ou parte da qual pode ser aquecida para produzir vapor para a produção de betume. Assim, por "vapor de conversão de gás" ou "vapor obtido ou derivado de um processo de conversão de gás", no contexto da invenção, significa a inclusão de qualquer um ou de todos de (i) vapor de alta e média pressão, produzido pelo processo de conversão de gás e (ii) vapor produzido pelo aquecimento da água da reação de síntese de hidrocarbonetos, e qualquer mistura deles. Isto é explicado em detalhes abaixo. Por produção de betume queremos significar produção de betume estimulada por vapor, em que o vapor é injetado dentro de uma formação de betume, para amolecer o betume e reduzir sua viscosidade, a fim de que ele possa ser bombeado para fora do solo.

Embora o diluente de hidrocarbonetos possa ser recuperado e reutilizado ou reciclado para a diluição de betume, será mais eficaz se for usado de uma só vez, para evitar que se tenha que canalizá-lo da instalação de conversão de betume a jusante, de volta para a operação de diluição de betume. Assim, em uma versão preferida, o diluente de hidrocarboneto não é reciclado, porém é usado de uma só vez. Em outra versão, ele é recuperado na instalação de refino de betume e reciclado de volta para a instalação de produção de betume, onde ele é novamente usado para diluir o betume para o transporte por oleoduto. Em um processo típico integrado da invenção, uma parte dos hidrocarbonetos sintetizados pelo processo de conversão de gás é beneficiada para produzir um cru sintético ou produtos de mais baixa ebulição mais úteis. O betume é também beneficiado. O beneficiamento compreende fracionamento e, tipicamente e preferivelmente, uma ou mais operações de conversão. Por conversão entende-se pelo menos uma operação em que pelo menos uma parte das moléculas é mudada e que pode ou não incluir hidrogênio como reagente. Para o betume isto inclui conversão por craqueamento, que pode ser coqueificação não-catalítica ou craqueamento catalítico, seguido por uma ou mais operações de hidroconversão, explicadas com mais detalhes abaixo. Em outra versão da invenção, a parte de conversão de gás do processo pode ser ajustada para produzir hidrogênio extra, útil para converter o betume, hidrocarbonetos de mais baixa ebulição, produzidos pelo beneficiamento do betume e/ou hidrocarbonetos sintetizados pelo processo de conversão de gás. A síntese dos hidrocarbonetos produz um gás residual que contém metano e hidrogênio não reagido. Em uma outra versão, este gás residual pode ser usado como combustível para produzir vapor para produção de betume, bombas ou outras utilidades do processo.

Em um amplo sentido, o processo integrado de conversão de gás e produção de betume da invenção compreende (i) estimular a produção de betume com vapor obtido de um processo de conversão de gás alimentado de gás natural, que produz vapor e hidrocarbonetos, incluindo hidrocarbonetos líquidos e (ii) diluir o betume produzido com um diluente compreendendo pelo menos uma parte dos hidrocarbonetos líquidos, para formar uma mistura fluida canalizável, compreendendo o betume e o diluente e (iii) transportar a mistura por oleoduto para uma instalação de beneficiamento de betume. Por hidrocarbonetos líquidos entende-se hidrocarbonetos que são líquidos em condições padrão de temperatura e pressão ambientes. Em outras versões, o processo inclui beneficiar pelo menos um e, preferivelmente, ambos de betume e pelo menos uma parte dos hidrocarbonetos de conversão de gás. Ainda em uma outra versão, que é uma versão preferida, o diluente compreenderá uma fiação de nafta. Em ainda outras versões, pelo menos parte de qualquer hidrogênio requerido para beneficiamento será produzido do gás de síntese. Em uma versão mais detalhada, a invenção compreende as etapas de (i) converter gás natural em um gás de síntese, (ii) produzir hidrocarbonetos líquidos e vapor do gás de síntese, (iii) utilizar uma parte do vapor para produzir betume e (iv) utilizar uma parte dos hidrocarbonetos líquidos para diluir o betume para diminuir sua viscosidade suficientemente para possibilitar que seja transportado para uma instalação de refino por oleoduto. Em ainda uma versão mais detalhada, o processo da invenção compreende:

(i) converter gás natural em um gás de síntese quente, compreendendo uma mistura de H2 e CO, que é resfriada por troca indireta de calor com água para produzir vapor;

(ii) contatar o gás de síntese com um catalisador de síntese de hidrocarbonetos em um reator de síntese de hidrocarbonetos, em condições de

reação eficazes para o H2 e CO do gás reagirem e produzirem calor, hidrocarbonetos líquidos e um gás compreendendo metano e vapor d'água;

(iii) remover calor do reator de síntese de hidrocarbonetos por troca indireta de calor com água, para produzir vapor;

(iv) passar pelo menos uma parte do vapor produzido em uma ou outra ou em ambas as etapas (i) e (iii) para dentro de uma formação de

areia alcatroada para umedecimento pelo calor e reduzir a viscosidade do betume, suficientemente para ser removido da formação;

(v) produzir o betume por sua remoção da formação;

(vi) reduzir a viscosidade do betume produzido por sua mistura com um diluente compreendendo uma parte dos hidrocarbonetos líquidos

produzidos na etapa (ii), e

(vii) transportar a mistura por oleoduto para uma instalação de beneficiamento de betume.

Outras versões incluem aquelas dadas acima, bem como esfriar o gás e vapor de água produzidos na etapa (ii) para retirá-los por condensação e separar a água e formar um gás residual contendo metano reduzido em H2O, com a água opcionalmente usada para a geração de vapor adicional e o gás residual usado como combustível. O combustível de gás é usado para gerar vapor para produção de betume e utilidades do processo associadas. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 é um fluxograma de blocos simples de um processo integrado de produção de betume e conversão de gás da invenção.

A Figura 2 é um fluxograma de um processo de conversão de gás, útil na prática da invenção. A Figura 3 é um fluxograma de blocos de um processo de beneficiamento de betume, útil na prática da invenção. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Na parte de conversão de gás do processo da invenção, o gás de síntese, compreendendo uma mistura de H2 e CO, é produzido pela oxidação parcial e/ou reforma por vapor de gás natural, ou qualquer outro gás adequado, compreendendo principalmente metano, por qualquer processo de gás de síntese adequado. O gás natural é preferido por causa de seu elevado teor de metano e limpeza relativa. Suprimentos abundantes de gás natural são tipicamente encontrados nas ou próximo das formações de areia alcatroada. O gás de síntese, que compreende uma mistura de H2 e CO, é usado para sintetizar hidrocarbonetos em um ou mais reatores de síntese de hidrocarbonetos, em que o H2 e CO reagem na presença de um tipo de catalisador Fischer-Tropsch para produzir hidrocarbonetos, incluindo frações leves e pesadas. A fração leve compreende nafta e, tipicamente, também frações de diesel. A nafta tem a mais baixa viscosidade e prefere-se utilizar a nafta para diluir o betume para transporte por oleoduto. Experimentos de diluição foram conduzidos diluindo-se um betume de Cold Lake com nafta C5-121 0C e com uma fração de destilado médio de 121-371 0C, produzida por uma reação de síntese de hidrocarbonetos Fischer-Tropsch. Verificou-se que 31% em volume da nafta eram requeridos para reduzir a viscosidade do betume para 40 cSt @ 40 0C. Ao contrário, 40% em volume da fração de destilado e 38% em volume do diluente de condensado de gás da arte anterior eram respectivamente necessários para obter-se a mesma viscosidade. Assim, a diluição de betume com nafta de conversão de gás requer significativamente menos diluente do que quando utilizando-se um condensado de poço de gás como o diluente. O processo de conversão de gás também produz vapor de alta e média pressão, um gás residual útil como combustível e água. O vapor de alta pressão é produzido esfriando-se o gás de síntese quente saindo do reator de gás de síntese, enquanto o vapor de média pressão é produzido esfriando-se o reator de síntese de hidrocarbonetos. Pelo menos uma parte do vapor de alta e, opcionalmente, de média pressão é usado para a produção de betume. O gás combustível pode ser usado para aquecer a água para produzir mais vapor e/ou superaquecer pelo menos um dos vapores de alta e média pressão. Este vapor é cíclica ou continuamente injetado dentro de uma formação de areia alcatroada do subsolo, para aquecê-la e, desse modo, reduzir a viscosidade do óleo pesado ou betume suficientemente para ser bombeado para fora do solo. Este é conhecido como betume estimulado. O termo "areia alcatroada" é usado aqui para descrever uma formação arenosa, contendo um óleo extra pesado, semelhante a betume, em quantidades bastante grandes para ser economicamente produzido e refinado ou beneficiado em produtos de mais baixa ebulição mais úteis. No processo da invenção, o vapor do processo de conversão de gás reduz a viscosidade do betume, desse modo estimulando sua produção. O beneficiamento do betume compreende o !racionamento e uma ou mais operações de conversão.

No processo da invenção, os hidrocarbonetos de mais baixa ebulição e, preferivelmente, líquidos de nafta, usados como um diluente para diminuir a viscosidade do betume, podem ser recuperados e reciclados de volta para diluição do betume antes da conversão do betume. Entretanto, prefere-se que eles sejam usados de uma só vez, para evitar a necessidade de transportá-los da instalação de beneficiamento de betume de volta para a área do poço de produção de betume. Por mais baixo ponto de ebulição entende-se 3710C-, preferivelmente 316°C-, mais preferivelmente 260°C- e, muitíssimo preferivelmente, nafta, incluindo frações de nafta tanto leves como pesadas, e mistura delas. Uma fração de nafta tem a mais baixa viscosidade e pode compreender hidrocarbonetos ebulindo na faixa de C5 até tão alta quanto 215- 232°C. A nafta pesada pode ter uma faixa de ebulição de 132-215/232°C, enquanto uma nafta leve é tipicamente C5-160°C. Quando produção máxima de diesel é desejada, a fração de diesel rica em cetano, produzida pela conversão de gás, será combinada com uma fração de diesel hidrotratada, produzida pela conversão de betume, e não usada como diluente. Isto evita a contaminação do diesel de conversão de gás com os compostos de metal e heteroátomo do betume e o subseqüente hidrotratamento requerido por tal contaminação, uma vez que o diesel produzido pela conversão de gás não requer hidrotratamento para remoção de metais, aromáticos e heteroátomos. O processo integrado da invenção, que produz o diluente de betume, também elimina a necessidade de hidroconversão catalítica do betume, para reduzir sua viscosidade antes de ser diluído e canalizado, que o processo descrito na patente Ί92 requer.

Não é incomum que o gás natural compreenda tanto quanto 92+% em mol de metano, com o resto sendo principalmente hidrocarbonetos C2+, nitrogênio e CO2. Assim, é um combustível ideal e relativamente limpo para produção de gás de síntese e quantidades abundantes são tipicamente encontradas associadas com ou próximo das formações de areia alcatroada. Embora os hidrocarbonetos C2-Cs, presentes no gás, possam ser deixados para produção de gás de síntese, eles são tipicamente separados para LPG, enquanto os hidrocarbonetos C5+ são retirados por condensação e são conhecidos como condensado de poço de gás. O gás rico em metano, permanecendo após a separação dos hidrocarbonetos superiores, e compostos de enxofre e heteroátomos e, em alguns casos, também nitrogênio e CO2, é passado como combustível para dentro de um gerador de gás de síntese. Se o nitrogênio não for removido do gás natural antes de convertê-lo no gás de síntese, HCN e NH3 são removidos do gás de síntese após resfriar, antes de ser passado para dentro de um ou mais reatores de síntese de hidrocarbonetos. Em um gerador de gás de síntese, o gás natural reage com oxigênio e/ou vapor, para formar gás de síntese, que então serve como a alimentação para a síntese de hidrocarbonetos. Processos conhecidos para produção de gás de síntese incluem oxidação parcial, reforma de vapor catalítica, reação de deslocamento de gás de água e suas combinações. Estes processos incluem oxidação parcial de fase gasosa (GPOX), reforma autotérmica (ATR), geração de gás de síntese de leito fluidizado (FBSG), oxidação parcial (POX), oxidação parcial catalítica (CPO) e reforma de vapor. A ATR e FBSG empregam oxidação parcial e reforma de vapor catalítica. Uma recapitulação destes processos e seus méritos relativos pode ser encontrada, por exemplo, na Patente U.S. 5.883.138. Os processos de gás de síntese são altamente exotérmicos e não é incomum para o gás de síntese deixando o reator estar, por exemplo, em uma temperatura tão alta quanto 1093 0C e uma pressão de 50 atmosferas. O gás de síntese quente deixando o reator é resinado por troca indireta de calor com água. Isto produz uma substancial quantidade de vapor de alta pressão (p. ex., 4,14-6,21/13,80 MPa abs) nas respectivas temperaturas de cerca de 254-279/335-371°C, que podem ser aumentadas mesmo mais. Com respeito ao beneficiamento de betume a jusante, a uma ou

mais operações de conversão compreenderá(ão) craqueamento por coqueificação ou craqueamento catalítico e/ou uma ou mais operações de hidroprocessamento, em que o hidrogênio é um reagente, tal como hidrotratamento, hidrocraqueamento e isomerização. A coqueificação é mais tipicamente usada e craqueia o betume em material de ebulição inferior e coqueifica sem a presença de um catalisador. Pode ser coqueificação retardada, coqueificação fluida ou coqueificação catalítica e é tipicamente seguida por uma ou mais operações de hidroprocessamento. O hidroprocessamento parcial pode preceder a coqueificação. O material de ebulição inferior, produzido por coqueificação, é reagido com hidrogênio para remover compostos de heteroátomos e aromáticos, bem como adicionar hidrogênio às moléculas. Isto requer um bom suprimento de hidrogênio, porque o betume tem uma baixa relação de hidrogênio para carbono (p. ex., ~1,4 - 1,8). Enquanto a maioria dos metais é removida como parte do coque, os hidrocarbonetos de ebulição inferior têm elevado teor de compostos de heteroátomos (p. ex., enxofre) e baixa relação de hidrogênio para carbono, embora não tão baixa quanto o betume cru. Isto significa que os produtos líquidos de ebulição inferior, tais como frações de diesel, resultantes da coqueificação, têm baixo teor de parafinas normais. Como conseqüência, o número de cetanos de frações de diesel recuperado pelo beneficiamento de betume tipicamente varia de entre cerca de 35-45. Embora isto possa ser suficiente para um combustível diesel de estrada de serviço pesado, é mais baixo do que o desejado para outros combustíveis diesel. As frações de diesel derivadas de betume são, portanto, combinadas com as frações de diesel tendo um mais elevado número de cetanos. As frações de diesel de betume, produzidas por coqueificação do betume, são hidrotratadas para remover e compostos de heteroátomos e aromáticos, tais como enxofre e nitrogênio, para produzir uma fração de diesel tratada, útil como um material de misturação. A fração de diesel de mais elevado número de cetanos, produzida pelo processo de conversão de gás, pode ser misturada com uma ou mais frações de diesel tratadas, para produzir materiais de combustível diesel. O combustível diesel é produzido formando-se uma mistura de um pacote de aditivo adequado e um material de combustível diesel. A tabela abaixo ilustra uma distribuição de produto de

hidrocarbonetos típica, pela faixa de ebulição, de um reator de síntese hidrocarbonetos Fischer-Tropsch de lama empregando um catalisador compreendendo um componente catalítico de cobalto em um componente de suporte de sílica e sílica contendo de titânia. % peso de Distribuição de Produto do Reator de Síntese de hidrocarbonetos de Lama IBP (C4) - 160°C 13 160 - 260°C 23 260 - 371°C 19 371 - 565°C 34 565°C+ 11

Como os dados da tabela mostram, a fração de nafta leve é de 13% em peso do produto total do reator de síntese de hidrocarbonetos, enquanto a fração de destilado médio (incluindo diesel) é de 42% em peso. A elevada fração cetano a 260-371 0C é de 19% em peso do produto total ou 45% em peso da fração de destilado médio. Embora não mostrado, a fração total (C5-204 0C) é de cerca de 18 - 20% em peso do produto total. É esta nafta, opcionalmente incluindo a nafta pesada de 204 0C+, que é usada como um diluente para o betume, para transportá-lo por oleoduto para uma instalação de refino. Se reciclagem de diluente for empregada, uma vez seja alcançado o equilíbrio do processo, somente uma pequena fração da nafta de conversão de gás será necessária como composição para a diluição do betume, com o resto enviado para outro processamento, para uso em mistura de gasolina.

Se for desejada máxima produção de diesel, então, além do diesel produzido pelo processo de conversão de gás, toda a ou uma parte da nafta pesada produzida pela conversão de gás pode ser combinada com diesel hidrotratado derivado do betume e não usada para diluição. Neste caso, toda ou uma parte da fração de diesel produzida pela conversão de gás e, preferivelmente pelo menos a fração de 260-371 °C, pode também ser combinada com o diesel de betume. A produção de destilado médio é aumentada convertendo-se os hidrocarbonetos de conversão de gás ceroso 371 0C+ para hidrocarbonetos ebulindo na faixa de destilado médio. Aqueles hábeis na arte sabem que a hidroisomerização da fração cerosa de 371 0C+ inclui hidrocraqueamento suave (c.f., Patente U.S. 6.080.301, em que a hidroisomerização da fração de 371 0C+, convertida 50% em hidrocarbonetos de ebulição inferior). Assim, se desejado toda a ou uma parte da fração superior de 371 0C+ pode ser hidrocraqueada e hidroisomerizada para produzir material diesel adicional.

A invenção será mais entendida com referência às Figuras. Com referência primeiro à Figura 1, uma usina de conversão de gás 10 é localizada sobre, adjacente ou próxima a uma instalação de produção de betume 12, que transporta betume diluído via oleoduto para uma instalação de beneficiamento de betume 14. A instalação de produção 12 compreende uma formação de areia alcatroada subterrânea e meios (não mostrados) para injetar vapor para baixo dentro da formação, bombeando para fora o betume amolecido, separando gás e água do betume produzido e diluindo o betume produzido com nafta para transporte por oleoduto. Gás natural compreendendo a maior parte metano, juntamente com ar ou oxigênio e, preferivelmente, oxigênio, é passado para dentro da usina de conversão de gás via as linhas 16 e 18. A usina de conversão de gás produz gás de síntese, hidrocarbonetos, vapor de alta e média pressão, água e um gás residual útil como combustível. A nafta compreende uma parte dos hidrocarbonetos sintetizados. O vapor e nafta são passados da usina de conversão de gás para a instalação de produção de betume via as linhas 20 e 22, respectivamente. O resto dos hidrocarbonetos são removidos via a linha 24. O vapor é passado para baixo para dentro da formação de areia alcatroada subterrânea, para estimular a produção de betume, e o betume produzido é diluído com a nafta. A mistura resultante de betume e nafta é transportada para a instalação de beneficiamento de betume 14, via oleoduto 26. Na instalação de beneficiamento, o betume é beneficiado por fracionamento e, preferivelmente, incluindo uma ou mais operações de conversão. O um ou mais produtos beneficiados, resultantes do beneficiamento de betume, são removidos de 14 via a linha 28. Se desejado, todo o ou uma parte do diluente de nafta pode ser recuperado em 14 e reciclado, via linha 30, de volta para 22 para diluição do betume.

A usina de conversão de gás 10, mostrada na Figura 2, compreende uma unidade geradora de gás de síntese 32, um ou mais reatores de síntese de hidrocarbonetos 34, uma unidade de hidroisomerização 36, uma coluna de fracionamento 38 e uma unidade separadora de hidrogênio 40. Gás natural, que foi tratado para remover compostos de heteroátomos, particularmente enxofre e hidrocarbonetos Cz-C3+, é passado para dentro da unidade geradora do gerador de gás de síntese 32, via linha 42. Em uma versão preferida, o gás natural terá sido criogenicamente processado para remover nitrogênio e CO2, além do enxofre e hidrocarbonetos C2-C3+. Oxigênio de uma usina de oxigênio é alimentado dentro do gerador de gás de síntese via a linha 44. Opcionalmente, água ou vapor d'água é passado para dentro do gerador de gás de síntese via linha 46. O gás de síntese quente produzido dentro do gerador é resinado por troca indireta de calor (não mostrada), com a água penetrando na unidade via a linha 49. Isto produz vapor de alta pressão, todo ou uma parte do qual pode ser passado, via linha 50, para a instalação produtora de betume, para estimular a produção de betume. A pressão e temperatura deste vapor pode ser tão alta quanto 13,8/15,18 MPa abs e 335/343 0C. O gás de síntese frio é passado da unidade 32 para dentro da unidade de síntese de hidrocarbonetos 34, via a linha 48. Uma corrente de fuga do gás de síntese é removida via a linha 52 e passada para dentro de uma unidade de produção de hidrogênio 40, em que hidrogênio é produzido do gás e passado, via linha 54, para dentro de uma unidade de hidroisomerização de hidrocarbonetos 36. Na unidade 40, hidrogênio é produzido pelo gás de síntese por um ou mais de (i) meios de separação física, tais como adsorção oscilante de pressão (PSA)5 adsorção oscilante de temperatura (TSA) e separação de membrana, e (ii) meios químicos tais como reator de deslocamento de gás de água. Se um reator de deslocamento for usado devido a insuficiente capacidade do gerador de gás de síntese, meios de separação física serão ainda usados para separar uma corrente pura de hidrogênio do efluente de gás do reator de deslocamento. Meios de separação física para a produção de hidrogênio serão tipicamente usados para separar o hidrogênio do gás de síntese, independente de se ou não meios químicos, tais como uma reação de deslocamento de gás de água, são usados, a fim de obter- se hidrogênio do grau desejado de pureza (p. ex., pelo menos cerca de 90%). A TSA ou PSA, que utilizam peneiras moleculares, podem produzir um vapor de hidrogênio de 99+% de pureza, enquanto a separação por membrana tipicamente produz pelo menos 80% de hidrogênio puro. Na TSA ou PSA, o gás desprendido rico em CO é às vezes referido como o gás de purga de adsorção, enquanto para a separação por membrana é com freqüência referido como gás não-permeado. Em uma versão preferida, o gerador de gás de síntese produz bastante gás de síntese para (i) a reação de síntese de hidrocarbonetos e (ii) para a produção de pelo menos uma parte do hidrogênio necessário para hidroisomerização, por meios de separação física, de modo que um reator de deslocamento de gás de água não será necessário. A produção de hidrogênio do gás de síntese, utilizando-se meios de separação física, provê hidrogênio relativamente puro, juntamente com um gás desprendido que compreende uma mistura exaurida de hidrogênio e rica em CO de H2 e CO. Este gás desprendido rico em CO pode ser usado como combustível ou alimentado dentro da zona de reação de síntese de hidrocarbonetos. Se for produzido hidrogênio do gás de síntese, prefere-se que a relação molar do H2 para CO do gás seja maior do que a estequiométrica, com pelo menos uma parte do CO produzido (separado) do hidrogênio em 40 passado de volta para dentro da linha 48, via a linha 56 e, preferivelmente, em uma quantidades suficientes para ajustar a relação molar de H2 para CO do gás de síntese passando para dentro de 34 para próxima da estequiométrica. Isto evita desperdício do CO valioso por sua queima como combustível. A produção de hidrogênio do gás de síntese, por uma ou mais de (PSA), (TSA), separação por membrana ou uma reação de deslocamento de gás de água, é conhecida e descrita, por exemplo, na Patente U.S. 6.043.288. Se a instalação de beneficiamento de betume estiver bastante fechada para a unidade de produção de hidrogênio permitir, uma parte do hidrogênio separado é removida da linha 54, via linha 58, e passada para a instalação de beneficiamento de betume, para prover hidrogênio de reação para a hidroconversão de um ou mais dos produtos de betume beneficiados, tal como hidrotratar uma fração de diesel derivada de betume.

Na unidade de reação de síntese de hidrocarbonetos 34, o H2 e CO do gás de síntese reage na presença de um catalisador de síntese de hidrocarbonetos, para produzir hidrocarbonetos, incluindo uma fração leve e uma fração pesada. A reação de síntese é altamente exotérmica e o interior de um ou mais reatores de síntese deve ser resfriado. Isto é realizado por dispositivo de troca indireta de calor (tubos) dentro do reator, em que a água refrigerante circulando mantém a desejada temperatura de reação. Isto converte a água de refrigeração em vapor de média pressão, tendo uma pressão e temperatura de, por exemplo, 1,035 a 4,140 MPa abs e 121-254°C. Assim, a água de refrigeração penetra na unidade via a linha 60, esfria o interior do um ou mais reator(es) de síntese (não mostrados) e converte-se em vapor de média pressão, que é passado para fora via a linha 62. Todo o ou uma parte deste vapor pode também ser usado para produção de betume; para utilidades do processo de conversão de gás, para fracionamento etc. Se a instalação de beneficiamento de betume estiver bastante fechada, todo o ou uma parte deste vapor pode ser passado para a unidade de beneficiamento de betume, onde pode ser usado para geração de energia, para suprir calor para fracionamento, para lancetar coque para fora de um coqueificador etc. Prefere-se aquecer este vapor de média pressão a uma qualidade de superaquecimento, antes de ser usado para produção de betume. A reação de síntese de hidrocarbonetos produz hidrocarbonetos leves e pesados, com os hidrocarbonetos pesados sendo líquidos nas condições de reação de síntese. Por pesado entende-se ebulindo geralmente acima de 260-3710C. Os hidrocarbonetos mais leves passam para fora do reator de síntese como vapor, juntamente com o gás de síntese não reagido, CO2 e vapor d'água. Este vapor é passado para fora do reator via a linha 64 para dentro de 66, em que ele é resinado em um ou mais estágios, durante os quais água e hidrocarbonetos C2-C3+ condensam-se em líquido e são separados entre si e do restante gás residual. A água é retirada via a linha 68 e os hidrocarbonetos leves líquidos via a linha 70. A água pode ser usada para refrigeração, geração de vapor e similares. O gás não condensado restante compreende a maior parte metano e hidrocarbonetos leves ~ C3., CO2 e gás de síntese não reagido e é removido via linha 72 e usado como combustível para aquecer caldeiras para produzir vapor para geração de energia, estímulo e beneficiamento de betume, e utilidades gerais do processo. A água removida via linha 68 pode ser aquecida até vapor para qualquer uma destas finalidades, porém, preferivelmente, para vapor para beneficiar betume e para geração de energia, devido a sua pureza relativa. Os hidrocarbonetos pesados sintetizados são removidos da unidade de síntese de hidrocarbonetos via a linha 74 e passados para dentro da unidade de hidroisomerização 36, que compreende um reator de hidroisomerização, em que eles são craqueados e hidroisomerizados com hidrogênio, na presenna de um catalisador adequado, para produzir hidrocarbonetos mais leves e hidrocarbonetos tendo pontos de ebulição e de derramamento mais baixos. Nesta versão, pelo menos uma parte do hidrogênio de reação requerido é obtida do hidrogênio produzido em 40 e que penetra na unidade via a linha 54. Os hidrocarbonetos hidroisomerizados são passados, via linha 76, para a linha 78, onde eles misturam-se com a fração leve dos hidrocarbonetos sintetizados e passam para dentro do fracionador 38. Eles são então fracionados em várias frações, incluindo uma fração de nafta 80, uma fração de diesel ou de destilado médio 82 e uma fração de óleo lubrificante 84.

Quaisquer dos hidrocarbonetos C4. presentes no fracionador são removidos como produto aéreo e usados como combustível. Opcionalmente, toda a ou uma parte da fração de óleo de lubrificação pode ser reciclada de volta para dentro da unidade de hidroisomerização 36, via linha 88, e hidrocraqueada/hidroisomerizada até a extinção, para produzir mais frações de combustível de destilado médio, tais como diesel e combustível de motor a jato. Toda a ou uma parte da fração de nafta e, preferivelmente, compreendendo pelo menos uma fração de nafta leve, removida do fracionador via a linha 82, é passada para a instalação de produção de betume 12, para diluição do betume. Uma versão de uma unidade ou instalação de beneficiamento

de betume é mostrada na Figura 3 como compreendendo um alambique ou extrator de tubo atmosférico 90, um fracionador a vácuo 92, um coqueificador de fluido 94, um hidrotratador de gasóleo 96, um hidrotratador de destilado médio e nafta combinados e um fracionador de destilado 100. A mistura de betume e diluente de nafta passa da linha 22 para dentro do primeiro fracionador 90, em que a mistura entrante é separada em uma fração de 343- 371°C leve e uma fração de resíduos de 343-371°C, pesada. O material mais leve é removido de 90 via a linha 102 e passado para o hidrotratador 98, enquanto a fração mais pesada é passada, via a linha 104, para o fracionador a vácuo 92. Opcionalmente, hidrocarbonetos ebulindo na faixa de ebulição da nafta (p. ex., o diluente de nafta) podem ser separados e removidos de 90 via linha 106. Dentro do fracionador a vácuo 92, a corrente de betume de 343- 371°C+ pesada de 90 é separada em uma fração (gasóleo pesado) de 565°C-. O gasóleo é removido de 92 e passado para dentro do hidrotratador 96 via as linhas 108 e 116. O material residual de 565°C+ muito pesado e betuminoso é removido de 92 via a linha IlOe passado para dentro do coqueificador de fluido 94. Em 94, que é uma unidade não catalítica, o betume contata partículas de coque quentes, que termicamente craqueiam-no a hidrocarbonetos e coque de mais baixa ebulição. O coque é retirado do fundo via a linha 112. Embora não mostrado, este coque é parcialmente combustado para reaquecê-lo até a temperatura de craqueamento do betume de cerca de 482-593°C. Isto consome parte do coque, com o coque quente restante passado de volta para dentro do coqueificador, para prover calor para o craqueamento térmico. Os hidrocarbonetos de mais baixa ebulição, produzidos no coqueificador, compreende nafta, destilados médios e gasóleo pesado. Aqueles ebulindo nas faixas de nafta e destilado médio (p. ex., C5- 343/371°C) são passados, via linhas 114 e 102, para dentro do hidrotratador 98. A fração de gasóleo produzida no coqueificador é passada para dentro do hidrotratador de gasóleo 96, via a linha 116. Hidrogênio ou um gás de tratamento contendo hidrogênio é passado para dentro dos hidrotratadores via as linhas 118 e 120. Nos hidrotratadores, os hidrocarbonetos reagem com o hidrogênio na presença de um catalisador adequado de hidrotratamento resistente a enxofre e aromáticos, para remover compostos de heteroátomos (p. ex., enxofre e nitrogênio), aromáticos insaturados e metais. O gasóleo pesado hidrotratado é removido do hidrotratador 96 via a linha 128. Os destilados de nafta e médios hidrotratados, produzidos em 98, passam para dentro do fracionador 100, via a linha 122. O fracionador 100 separa os hidrocarbonetos hidrotratados nas frações desejadas, tais como nafta leve ou pesada, combustível diesel, combustível de motor a jato, querosene etc. Para máxima produção de diesel, somente uma nafta leve será recuperada via a linha 124, enquanto a maioria dos hidrocarbonetos restantes são removidos como diesel via a linha 126. Este diesel é relativamente de baixo número de cetanos. Seu número de cetanos pode ser aumentado combinando-o com hidrocarbonetos de cetanos mais elevados, tais como uma fração de diesel produzida pelo processo de conversão de gás.

Os catalisadores de síntese de hidrocarbonetos são bem conhecidos e são preparados compondo-se o(s) componente(s) de metal catalítico(s) com um ou mais componente(s) de suporte de metal catalítico(s), que podem ou não incluir um ou mais componente(s) de zeólito adequado(s), por troca iônica, impregnação, umedecimento incipiente, composição ou por um sal derretido, para formar o precursor de catalisador. Tais catalisadores tipicamente incluem um compósito de pelo menos um componente de metal catalítico do Grupo VIII suportado em ou composto com pelo menos um material de suporte de óxido de metal refratário inorgânico, tal como alumina, sílica-alumina amorfas, zeólitos e similares. Os grupos elementares referidos aqui são aqueles encontrados na Tabela Periódica dos Elementos Sargent- Welch, © 1968 pela Sargent-Welch Scientific Company. Os catalisadores compreendendo um componente catalítico de cobalto ou cobalto e rênio, particularmente quando composto com um componente de titânia, são conhecidos por maximizar a produção de hidrocarbonetos alifáticos de um gás de síntese, enquanto os catalisadores de ferro são sabidos produzirem quantidades mais elevadas de insaturados alifáticos. Estes e outros catalisadores de síntese de hidrocarbonetos e suas propriedades e condições operacionais são bem conhecidos e discutidos nos artigos e nas patentes. O termo "hidrotratamento", como aqui usado, refere-se a processos em que o hidrogênio ou o hidrogênio de um gás de tratamento contendo hidrogênio reage com uma alimentação na presença de um ou mais catalisadores ativos para a remoção de heteroátomos (tais como enxofre e nitrogênio), metais, saturação de aromáticos e, opcionalmente, saturação de insaturados alifáticos. Tais catalisadores de hidrotratamento incluem qualquer catalisador de hidrotratamento convencional, kktal como compreendendo pelo menos um componente catalítico de metal do Grupo VIII, preferivelmente pelo menos um de Fe, Co e Ni e, preferivelmente, pelo menos um componente catalítico de metal do Grupo VI, preferivelmente Mo e W, em um material de suporte de elevada área de superfície, tal como alumina. Outros catalisadores de hidrotratamento adequados incluem componentes zeolíticos. As condições de hidrotratamento são bem conhecidas e incluem temperaturas e pressões até cerca de 450°C e 20,7 MPa g, dependendo da alimentação e do catalisador.

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E entendido que várias outras versões e modificações da prática da invenção serão evidentes para e podem ser prontamente realizadas por aqueles hábeis na arte, sem desvio do escopo e espírito da invenção descrita acima. Por conseguinte, não se pretende que o escopo das reivindicações anexas aqui seja limitado à exata descrição exposta acima, porém preferivelmente que as reivindicações sejam interpretadas como englobando todos os aspectos da novidade patenteável que reside na presente invenção, incluindo todos os aspectos e versões que seriam tratados como seus equivalentes por aqueles hábeis na arte a que a invenção pertence.

Claims (22)

1. Processo para recuperação de betume e para produção de um produto de betume transportável num oleoduto utilizando vapor e diluentes obtidos de um processo integrado de conversão de gás, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: (i) estimular a produção de betume com vapor obtido por um processo de conversão de gás alimentado por gás natural, que produz vapor e hidrocarbonetos, incluindo hidrocarbonetos líquidos; (ii) diluir o betume produzido com um diluente compreendendo pelo menos uma parte dos hidrocarbonetos líquidos, para formar uma mistura fluida canalizável compreendendo o betume e diluente; e, (iii) transportar a mistura por oleoduto para uma instalação de beneficiamento de betume.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gás natural é tratado para remover compostos de enxofre e, opcionalmente, CO2 e/ou nitrogênio antes de é usado como alimentação no processo de conversão de gás.

3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de incluir o beneficiamento do betume.

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o diluente compreende nafta ou uma nafta pesada.

5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o vapor usado para estimular a produção de betume compreende vapor de alta pressão, obtido por resfriamento de gás de síntese quente produzido do gás natural tratado no processo de conversão de gás.

6. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o hidrogênio é produzido do gás de síntese.

7. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o hidrogênio é usado para hidroprocessar pelo menos uma parte dos hidrocarbonetos produzidos pelo processo de conversão de gás.

8. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que uma parte do diluente é recuperada do betume transportado e reciclada de volta para a produção de betume, para diluir o betume para o transporte.

9. Processo para recuperação de betume e para produção de um produto de betume transportável num oleoduto utilizando vapor e diluentes obtidos de um processo integrado de conversão de gás, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: (i) converter gás natural em um gás de síntese quente; (ii) produzir hidrocarbonetos líquidos e vapor do gás de síntese em pelo menos um reator de síntese de hidrocarbonetos; (iii) utilizar uma parte do vapor para produzir betume; e, (iv) utilizar uma parte dos hidrocarbonetos líquidos para diluir o betume para diminuir sua viscosidade suficientemente para possibilitar que seja transportado para uma instalação de beneficiamento de betume por oleoduto.

10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o gás natural é tratado para remover compostos de enxofre e, opcionalmente, CO2 e/ou nitrogênio antes de é convertido no gás de síntese.

11. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de incluir o beneficiamento do betume para material de ponto de ebulição mais baixo.

12. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o diluente compreende nafta ou nafta pesada.

13. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o vapor usado para estimular a produção de betume compreende pelo menos um dentre: (i) vapor obtido por resfriamento do gás de síntese quente; e, (ii) vapor obtido por resfriamento do reator de síntese de hidrocarbonetos.

14. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o hidrogênio é produzido do gás de síntese.

15. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o hidrogênio é usado para hidroprocessar pelo menos uma parte dos hidrocarbonetos produzidos pela a conversão de gás.

16. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de uma parte do diluente é recuperada do betume transportado e reciclada de volta para a produção de betume, para diluir o betume para o transporte.

17. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de compreender ainda as etapas de: resfriar o gás de síntese quente que compreende uma mistura de H2 e CO por troca indireta de calor com água de modo a produzir vapor de alta pressão; contatar o gás de síntese frio com um catalisador de síntese de hidrocarbonetos no reator de síntese de hidrocarbonetos da etapa (ii), em condições de reação eficazes para os H2 e CO do gás reagirem e produzirem calor, hidrocarbonetos líquidos que incluem uma fração de nafta, e um gás compreendendo metano e vapor d'água; remover o calor do reator por troca indireta de calor com água, para produzir vapor de pressão média; passar pelo menos uma parte do vapor produzido em alta pressão, do vapor produzido em alta pressão, ou de ambos, para dentro de uma formação de areia alcatroada subterrânea, tendo uma área de drenagem de betume que é penetrada por um poço, para aquecer o betume e reduzir sua viscosidade suficientemente para ser removido para cima através do poço e produzir o betume da etapa (iii) removendo o betume aquecido do poço; diluir o betume com os hidrocarbonetos líquidos da etapa (iv), onde os hidrocarbonetos líquidos compreendem a fração de nafta de modo a produzir uma mistura canalizável; e, transportar a mistura por oleoduto para uma instalação de beneficiamento de betume.

18. Processo de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o gás natural é tratado para remover compostos de enxofre e, opcionalmente, CO2 e/ou nitrogênio antes de é convertido no gás de síntese.

19. Processo de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a nafta compreende nafta leve.

20. Processo de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o gás compreende o metano e o vapor d'água é resfriado para formar um gás residual contendo metano e água.

21. Processo de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o gás residual é usado como combustível para gerar vapor ou energia para pelo menos uma dentre: (i) a conversão de betume; e, (ii) a conversão de gás.

22. Processo de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a água é aquecida para produzir vapor por pelo menos uma dentre: (i) a estimulação de betume; ou, (ii) energia para a produção de betume ou conversão de gás.