BR102019007015A2

BR102019007015A2 - processo e aparelho para hidrogenação

Info

Publication number: BR102019007015A2
Application number: BR102019007015-3A
Authority: BR
Inventors: Kurkijärvi Antti; Honkanen Hanna; Wahlström Jan; Suuronen Mauri; Toppinen Sami
Original assignee: Neste Oyj
Priority date: 2018-04-05
Filing date: 2019-04-05
Publication date: 2019-11-19
Also published as: US20190309230A1; JP6824318B2; RU2712090C1; EP3549997A1; KR102071370B1; JP2019183155A; FI127871B; CN110343546B; US10793789B2; MX2019003313A; CA3037408A1; CN110343546A; FI20185316A1; CA3037408C; KR20190116910A

Abstract

a presente invenção se refere a reações de hidrogenação de diferentes frações no refino de óleo. ela também se refere ao dispositivo de processo aplicável a estas e o uso do dito dispositivo para a hidrogenação de várias cargas de alimentação, especialmente se referindo aos arranjos durante alterações de campanha.

Description

PROCESSO E APARELHO PARA HIDROGENAÇÃO

CAMPO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção se refere a um processo de hidrogenação de diferentes frações no refino de óleo. Ele também se refere a um dispositivo de processo aplicável ao mesmo e ao uso do dito dispositivo para a hidrogenação de várias alimentações. Adicionalmente, é provido aqui um método que se refere aos arranjos durante alterações de campanha.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [002] Processos de hidrogenação são um componente básico de uma variedade de processos para a refinaria petroquímica. Tipicamente, uma refinaria compreende várias linhas de processo e séries de unidades otimizadas para certas alimentações e processos de maneira apropriada, em que processos de hidrogenação com ajustes especiais servem às necessidades e condições específicas para cada sítio.

[003] Uma funcionalidade comum para a maioria dos processos de hidrogenação da técnica anterior é que eles são aplicáveis apenas para a carga de alimentação específica para a qual eles foram projetados e otimizados. Assim, o catalisador e as condições de operação empregados vão diferir de forma que um processo de desaromatização desenvolvido para a hidrogenação de, digamos, destilados médios pesados não pode ser usado para converter nafta leve. Nem pode um processo de saturação de hidrocarbonetos leves ser usado para desaromatização de destilados médios.

[004] Adicionalmente, processos de hidrogenação desenvolvidos para componentes de alimentação puros, por

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2/47 exemplo, como para um processo de hidrogenação de benzeno ou tolueno assim, não pode ser usado para o processamento de frações de destilado contendo misturas de hidrocarbonetos aromáticos. Isto ocorre parcialmente já que a reatividade de diferentes hidrocarbonetos aromáticos varia. Para tomar mesitileno como um exemplo de um composto de benzeno substituído contido em uma carga de alimentação de aromáticos, hidrogenação de 50 % daquele composto vai precisar de mais do que 2 vezes o tempo de reação necessário para a hidrogenação de benzeno. Isto quer dizer na prática que, sob as condições de reação adequadas para a hidrogenação de benzeno completa, quantidades consideráveis de compostos aromáticos mais pesados vão permanecer insaturados.

[005] Como um resultado do dito acima, em uma refinaria moderna que produz uma grande variedade de correntes de hidrocarboneto ou destilados a ser usados como combustíveis leves e pesados e solventes bem como matériaprima para produtos petroquímicos e plásticos deve haver um número de diferentes unidades de hidrogenação. Tem sido de entendimento geral que se uma unidade foi projetada para a hidrogenação flexível de diferentes alimentações, ela inevitavelmente pode levar a trocas com relação à conversão, catalisador, consumo de energia e de matériaprima, qualidade do produto e assim por diante.

[006] A Publicação US9732286 B2 provê um processo de dois estágios para a desaromatização de alimentações de alguma maneira diferentes. Na primeira hidrogenação em certa temperatura, pressão e taxa de fluxo, uma carga de

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3/47 alimentação de hidrocarboneto parcialmente hidrogenada é produzida. A seguir ela é submetida a uma segunda hidrogenação em que em adição a certa temperatura, pressão e taxa de fluxo é definida uma razão entre a taxa de fluxo de massa superficial da carga de alimentação de hidrocarboneto parcialmente hidrogenada e a taxa de fluxo de massa superficial de gás (Ul/Ug) na entrada do reator. Elas tornam possível obter uma carga de alimentação de hidrocarboneto a partir deste segundo estágio de hidrogenação que está em conformidade com as especificações, assim, com o conteúdo de aromático de menos do que 20 ppm em peso.

[007] No entanto, necessidades de mercado e disponibilidade de carga de alimentação pede por maior flexibilidade para processar diferentes cargas de alimentação. Como um resultado, ainda existe uma necessidade de prover um dispositivo e processo com o qual a saturação de olefinas C4-C6 é possível no mesmo reator como desaromatização. De maneira apropriada, existe uma necessidade de economizar custos de investimento através de dispositivo de múltiplos propósitos, que podem ser usados no modo de campanha para diferentes reações e conversão de diferentes alimentações. Existe uma necessidade adicional em aprimorar a economia de processo através de economias de consumo de energia durante campanhas e alterações de campanha dentro do dispositivo de hidrogenação. Em adição, existe uma necessidade adicional para o uso cada vez mais eficaz de gás hidrogênio no processo, especialmente para a prevenção de perdas durante as alterações de campanha.

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SUMÁRIO DA INVENÇÃO [008] Para superar pelo menos parte dos problemas da tecnologia da técnica anterior, é provido aqui um novo processo para a hidrogenação, uma modalidade para a alteração de campanha e um dispositivo para a implementação dos mesmos. A ideia subjacente atrás destes processos e dispositivo é um projeto, com o qual, a pressão é mantida essencialmente constante na seção de alta pressão do processo e dispositivo.

[009] Assim é provido aqui um processo para a hidrogenação de uma corrente de hidrocarboneto compreendendo compostos olefinicos, compostos aromáticos ou uma combinação dos mesmos, compreendendo as etapas definidas na reivindicação independente 1.

[0010] Os presentes inventores descobriram que através da manutenção da pressão essencialmente constante dentro da seção de alta pressão, o mesmo processo pode ser usado para a hidrogenação de alimentações muito diferentes. Dentro do presente dispositivo e processo funcionalidades que contribuem para a pressão constante compreendem a separação de alta pressão da corrente de saída a partir da primeira zona de reação de hidrogenação, conduzindo a corrente de gás do primeiro intermediário separada para a segunda zona de reação e dividindo a corrente liquida de primeiro intermediário parcialmente como o reciclo de liquido de volta para a primeira zona de reação e parcialmente tanto para a segunda zona de reação quanto para um desvio de liquido. Assim, a flexibilidade necessária com relação a alimentações de campanha variáveis

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5/47 é provida de um modo que diminui a despressurização. Adicionalmente, evitar as perdas de pressão reduz tanto o consumo de energia quanto de hidrogênio. Especialmente interessante é o arranjo, em que a corrente de gás a partir da saída da primeira zona de reação de hidrogenação sempre é conduzida através da segunda zona de reação de hidrogenação, e a flexibilidade pode ser provida direcionando uma porção da corrente líquida tanto para a dita segunda zona de hidrogenação ou através do desvio de líquido. Este arranjo contribui para a flexibilidade com relação a diferentes alimentações e as necessidades de hidrogenação do mesmo. Durante a hidrogenação, a segunda zona de hidrogenação provê conversão total aprimorada. Adicionalmente, a atividade do catalisador nos reatores da segunda zona de reação é aumentada quando é elevada com hidrogênio quando desvio de líquido está em uso. A corrente líquida de primeiro intermediário que desvia da segunda zona de reação contribui para aprimorar e manter a atividade de catalisador na segunda zona de reação, provendo ainda um produto saturado que sai da seção de alta pressão do processo.

[0011] Os benefícios obtidos através da adequabilidade do presente processo de hidrogenação para diferentes alimentações provê vantagens onde a unidade é usada para a produção flexível e campanhas sequenciais são rodadas, com diferentes alimentações e produtos das mesmas. Em tal uso, o tempo ocioso da unidade, e perdas tanto em utilidades quanto em hidrocarbonetos devem ser minimizados.

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6/47 [0012] Como um segundo aspecto da presente invenção assim é provido um processo para uma alteração a partir de uma campanha para uma próxima campanha dentro do presente processo para a hidrogenação. De maneira apropriada, esta modalidade do processo compreende adicionalmente as etapas de • manter a pressão essencialmente constante dentro da seção de alta pressão;

• descarregar os catalisadores na primeira e na segunda zonas de hidrogenação com hidrogênio; e • drenar líquidos a partir da unidade;

para uma alteração a partir de uma campanha com uma corrente de hidrocarboneto como uma alimentação para uma próxima campanha com outra corrente de hidrocarboneto como uma alimentação.

[0013] Adicionalmente, perdas com gás hidrogênio podem ser controladas e diminuídas já que a construção da unidade permite a manutenção de alta pressão de hidrogênio durante as alterações de campanha em gue não há necessidade de desligar completamente a unidade. Adicionalmente, já que cada desligamento esforça o equipamento de processo, o presente processo provê vantagens adicionais através de alterações de campanha mais suaves. Também vale a pena notar que erros humanos relacionados com eventos descontínuos desta forma podem ser diminuídos levando a segurança aprimorada e economias aprimoradas. Como uma consequência de tempos de mudança de campanha encurtados, perdas de produto fora de qualidade também podem ser diminuídos.

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7/47 [0014] Como um terceiro aspecto, é provido aqui um dispositivo para implementar o presente processo de hidrogenação compreendendo uma primeira zona de reação de hidrogenação com pelo menos um reator de hidrogenação, uma segunda zona de reação de hidrogenação com pelo menos um reator de hidrogenação, um ciclo de reciclo de liquido a partir de um separador de alta pressão quente para a entrada da primeira zona de reação, meios para conduzir a corrente gasosa do primeiro intermediário a partir do dito separador de alta pressão quente para a segunda zona de reação, meios para conduzir pelo menos parte da corrente liquida de primeiro intermediário para a segunda zona de reação, uma linha para desvio de liquido da segunda zona de reação, um separador de alta pressão frio e um ciclo de reciclo de gás a partir do separador de alta pressão frio para a entrada da primeira zona de reação. Vantagens mencionadas acima com relação ao processo de hidrogenação e ao método para alteração de campanha também se aplicam ao dispositivo.

[0015] Inesperadamente, o projeto do presente dispositivo para a hidrogenação foi mostrado de ser eficaz no processamento com as presentes alimentações de processo que anteriormente se acreditava necessitam de uma unidade especifica por si só, um equipamento de processo especifico e ajustes de processo inflexíveis. Tais alimentações compreendem em geral de qualquer corrente de hidrocarboneto, em que ligações duplas (-C=C-) presentes em um ou vários componentes na mesma devem ser separados com hidrogenação. Componentes típicos a ser saturados são

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8/47 olefinas e aromáticos. Especialmente surpreendente foi a descoberta de que o presente dispositivo de hidrogenação hidrogena profundamente tanto alimentações ricas em aromático quanto alimentações ricas em olefina. Diferentes correntes de hidrocarboneto de alimentação são hidrogenadas no mesmo catalisador no mesmo dispositivo de hidrogenação. Tal método provê economias de investimento consideráveis em uma unidade, onde existe uma necessidade de processar alimentações diferentes em campanhas relativamente curtas. Necessidade de construir uma linha individual para cada alimentação podem ser evitadas e uma linha para o presente método para a hidrogenação efetivamente usada para campanhas diferentes. Diferentes correntes de hidrocarboneto podem ser usadas como alimentações na mesma unidade de hidrogenação que produz uma grande faixa de produtos finais, desta forma satisfazendo as necessidades de mercado, reagindo a disponibilidade de diferentes cargas de alimentação, e assim aprimorando a lucratividade global da unidade. A flexibilidade e vantagens obtidas desta forma em parte são baseadas em modalidade nova para alterações de campanha, em que a linha não precisa ser reconstruída quando termina uma campanha e começa outra.

[0016] Tempos de alteração de campanha curtos podem ser alcançados usando ciclo de reciclo de liquido, alteração de medições de temperatura de reator e descarregando o catalisador com hidrogênio. Os presentes inventores provaram um processo for alterações de campanha em que a alimentação pode ser alterada sem desligar a unidade completamente e assim o tempo de alteração de

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9/47 campanha e o tempo ocioso de unidade podem ambos ser reduzidos. Os inventores descobriram que com este arranjo, alimentações consideravelmente diferentes podem ser hidrogenadas com sucesso nas campanhas, em que as alterações de campanha podem ser conduzidas mantendo a pressão de operação, e desta forma com consumo de energia diminuído. 0 presente processo para as alterações de campanha também provê economias no consumo de hidrogênio.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0017] A invenção será descrita em maior detalhe por meio de modalidades preferidas. Referência ao desenho anexo também é feita, em que a Figura 1 mostra um arranjo esquemático para a hidrogenação de acordo com o presente processo e dispositivo. A alimentação de corrente de hidrocarboneto de entrada e hidrogênio, bem como ciclos de reciclagem são dados com palavras e com números de referência que identificam as peças mais relevantes do equipamento e duas linhas essenciais.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0018] Com referência ao dispositivo, aparelho ou unidade, aqui é referido como o equipamento de processo que é arranjado para prover a entidade, em que processos de hidrogenação e o processo de alteração de campanha de acordo com a presente invenção podem ser rodados. A unidade ou dispositivo compreende reatores, trocadores de calor, separadores, compressores, bombas, válvulas, controles e tubulação necessária para montar o sistema. Tipicamente, uma unidade possui uma entrada que provê a alimentação, a

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10/47 corrente principal, ciclos de reciclagem, e saída que leva para unidades adicionais e provisão de produtos.

[0019] Como usado aqui, desaromatização de correntes de hidrocarboneto ou destilados denota reações de saturação que reduzem ligações duplas de compostos aromáticos para cicloparafinas. Na desaromatização, gás hidrogênio é provido tipicamente em excesso na presença de um catalisador. Os compostos aromáticos típicos a ser saturados compreendem benzeno, tolueno, tetrametil benzeno, dietil metil benzeno, pentil benzeno, e indeno. Hidrocarbonetos poliaromáticos possíveis compreendem naftaleno e derivados dos mesmos, e antraceno e fenantreno e derivados dos mesmos.

[0020] Muitos cortes de petróleo ou frações de destilado contêm compostos aromáticos que são prejudiciais para a saúde humana. Assim, a desaromatização é uma das reações de hidrogenação mais típicas necessária na petroquímica. De maneira a prover produtos de hidrocarboneto não aromáticos ou com baixo teor de aromáticos, um número de processos de desaromatização tem sido desenvolvido. Principalmente, eles estão baseados na conversão dos compostos aromáticos para os correspondentes hidrocarbonetos saturados reagindo os ditos compostos aromáticos com hidrogênio na presença de um catalisador adequado em elevada pressão e temperatura. Após a desaromatização, os produtos hidrogenados são comumente estabilizados pela remoção de componentes de hidrocarboneto voláteis leves.

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11/47 [0021] Nas aplicações típicas, as definições produtos de hidrocarboneto não aromáticos ou com baixo teor de aromáticos se referem aos produtos em que o conteúdo de aromático é de no máximo 5 % em volume, em algumas aplicações preferivelmente menos do que 0,5 % em volume.

[0022] Aqui, o termo saturação de olefina é usado para se referir às reações de saturação que reduzem ligações duplas carbono - carbono de compostos olefínicos para produzir parafinas. Olefinas também são conhecidas como alcenos. Por definição, elas são compostos feitos de hidrogênio e carbono que contêm um ou mais pares de átomos de carbono ligados por uma ligação dupla. Com hidrogenação, as ditas duplas (-C=C-) são saturadas para ligações simples (-C-C-).

[0023] Quando saturadas, olefinas cíclicas produzem cicloparafinas. A saturação de olefinas acíclicas provê nparafinas quando a cadeia de carbono é linear e iparafinas, caso a cadeia de carbono seja ramificada.

[0024] Com a hidrogenação aqui em geral é referido

um processo	compreendendo as	etapas	de	alimentar	uma
corrente de	hidrocarboneto	para	uma	unidade	de
hidrogenação,	contatar a dita	corrente	de	hidrocarboneto

com hidrogênio na presença de um catalisador de maneira a hidrogenar os compostos aromáticos e/ou compostos olefínicos contidos na mesma para produzir um produto saturado, e recuperar o produto saturado a partir da seção de alta pressão da unidade de processo de hidrogenação. Em geral, o objetivo teórico é saturar todas as ligações

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12/47 duplas presentes e assim a conversão completa. No entanto, um perito na técnica sabe que na prática, é suficiente que pelo menos parte dos compostos aromáticos e dos compostos olefínicos sejam hidrogenados, em referência aqui à conversão entre 60 e 99,99 % de compostos aromáticos e/ou compostos olefínicos na corrente de hidrocarboneto. Também é conhecido que a conversão é dependente dos ajustes de processo e das condições de processo, e assim, a hidrogenação como usada aqui se refere a conversão suficiente.

[0025] O objetivo de conversão também é dependente das escolhas do processo de hidrogenação. No presente caso, quando o processo é conduzido através tanto da primeira zona quanto da segunda zona, a conversão dentro da primeira zona pode ser de 60 a 99 %, em que pelo menos uma parte dos compostos aromáticos e dos compostos olefínicos é hidrogenada. Os compostos aromáticos remanescentes e/ou compostos olefínicos são adicionalmente hidrogenados na segunda zona de hidrogenação que leva à conversão global desejada, tal como de 90 a 99,99 %.

[0026] Na seguinte descrição, os reatores de hidrogenação envolvidos são definidos como a primeira zona de reação e a segunda zona de reação. Basicamente, de acordo com uma modalidade, a primeira zona de reação consiste de um reator e a segunda zona de reação de um reator correspondentemente. No entanto, tanto a primeira quanto a segunda zona de reação podem consistir de dois ou mais reatores, referidos como reator frontal e os seguintes reatores, tipicamente arranjados em série, em que a ordem

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13/47 de reatores pode ser alterada. Preferivelmente a primeira zona de reação compreende dois reatores. Alternativamente, os ditos reatores podem ser arranjados em paralelo. Com dois ou mais reatores dentro da primeira e/ou da segunda zona de hidrogenação, substitutos podem ser providos. Assim

um reator pode estar	em uso	enquanto outro dentro da mesma
zona está	fora de	linha	durante a manutenção ou	a
regeneração.
[0027]	As reações	de hidrogenação ocorrem	em
reatores de	leito	fixo cheios com um catalisador	de

hidrogenação. Aumento de temperatura causado por reações de hidrogenação exotérmicas é controlado reciclando parte do efluente líquido da primeira zona de reação, referida aqui como primeira corrente líquida intermediária, para a entrada da primeira zona de reação. 0 ciclo de reciclagem vai através da primeira zona de reação, em que a maior parte das reações de hidrogenação/saturação ocorre. Os reatores na segunda zona de reação fora do ciclo de refrigeração também compreendem um catalisador de hidrogenação e contribuem para garantir as especificações de produto desejadas.

[0028] A diferença entre a dita primeira e a segunda zonas de reação é que a refrigeração e o ciclo de reciclo de líquido é arranjado apenas para a primeira zona de reação. A parte principal das reações de hidrogenação exotérmicas ocorre na primeira zona de reação, e, portanto a diluição e a refrigeração providas pelo ciclo de reciclagem são necessárias. A segunda zona de reação por outro lado, contribuem para acionar a conversão de

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14/47 hidrogenação ainda adicionalmente, com reações que produzem menos calor. Assim, não existe meio para o controle de temperatura arranjados dentro da segunda zona de reação.

[0029] O ciclo de reciclo de liquido provê corrente liquida de primeiro intermediário resfriada a partir do separador de alta pressão quente para a entrada da primeira zona de reação para restringir o aumento de temperatura na primeira zona de reação até menos do que 60 °C.

[0030] O aumento de temperatura através da primeira zona de reação de hidrogenação é controlado pelo ciclo de reciclo de liquido em que a corrente liquida de primeiro intermediário resfriada é reciclada a partir do separador de alta pressão quente para a entrada da primeira zona de reação. Taxa de reciclo de liquido tipicamente é de 0,5 a 15 vezes a taxa de alimentação fresca. O dito reciclo provê controle tanto provendo liquido resfriado quanto diluindo a alimentação, restringindo desta forma a taxa de reação e o aumento de temperatura na hidrogenação.

[0031] Arranjando a refrigeração com a reciclagem de uma parte da primeira corrente liquida intermediária, separada da salda da primeira zona de reação como uma corrente de reciclo liquida de volta para a entrada da dita primeira zona de reação, o processo pode ser mantido eficaz e a escala otimizada.

[0032] Os reatores referidos aqui podem ser definidos como reatores de hidrogenação. Um perito na técnica conhece diferentes projetos de reator e a aplicabilidade para diferentes reações. No caso de existirem mais do que um reator na primeira zona de reação

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15/47 ou segunda zona de reação, tendo reatores essencialmente similares entre si dentro de uma zona se provê benefícios através dos controles de processo.

[0033] A reação de hidrogenação aplicada aqui é a hidrogenação catalítica. Assim, a primeira e a segunda zonas de reação compreendem um ou mais leitos catalíticos. Preferivelmente os reatores na primeira e na segunda zonas de reação são reatores de leito gotejante. Estes se mostraram ser especialmente vantajosos sob as presentes condições, onde a pressão é mantida constante. Eles também contribuem para os objetivos de eficiência de energia global.

[0034] Um número de catalisadores de hidrogenação é conhecido na técnica. Os ditos catalisadores podem ser providos em um suporte, suportes típicos compreendem óxidos com alto ponto de fusão. Catalisadores de hidrogenação conhecidos para a petroquímica tipicamente compreendem um metal selecionado a partir de platina, ferro ou níquel. Destes, o níquel mostrou prover o desempenho desejado e tem sido usado nos presentes experimentos.

[0035] Para as reações de hidrogenação tanto na primeira zona de hidrogenação quanto na segunda zona de hidrogenação, hidrogênio é provido em excesso, tipicamente em excesso de duas vezes a dez vezes. A alimentação de hidrogênio pode compreender hidrogênio de composição e hidrogênio de reciclo. Hidrogênio de composição, que também pode ser referido como hidrogênio fresco, é fornecido a partir de uma unidade de geração de hidrogênio dedicada. O

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16/47 hidrogênio de reciclo é obtido a partir do separador de alta pressão frio após a segunda zona de reação.

Processo de hidrogenação [0036] Diferentes cargas de alimentação são hidrogenadas na mesma unidade de hidrogenação. Assim, é provido aqui um processo para a hidrogenação de uma corrente de hidrocarboneto compreendendo compostos olefínicos, compostos aromáticos ou uma combinação dos mesmos, processo que compreende as etapas de

i) alimentar a corrente de hidrocarboneto e hidrogênio para uma primeira zona de reação de uma unidade de processo de hidrogenação, ii) hidrogenar na primeira zona de reação na presença de um catalisador pelo menos parte dos ditos compostos aromáticos, compostos olefínicos ou ambos os compostos para produzir um primeiro intermediário, iii) resfriar e separar o dito primeiro intermediário em corrente líquida e corrente gasosa, iv) conduzir a corrente gasosa do primeiro intermediário para uma segunda zona de reação da unidade de processo de hidrogenação

v) conduzir a dita primeira corrente líquida intermediária para

a) a entrada da primeira zona de reação como uma corrente de reciclo líquida de maneira a restringir o aumento de temperatura na primeira zona de reação até menos do que 60 °C, e para

b) uma segunda zona de reação, em que os compostos aromáticos remanescentes , compostos olefínicos ou uma

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17/47 combinação dos mesmos contidos na dita primeira corrente líquida intermediária são hidrogenados com a corrente gasosa do primeiro intermediário na presença de um catalisador para produzir um produto saturado, ou

c) uma linha de desvio de líquido, que desvia a segunda zona de reação, em que a dita primeira corrente líquida intermediária compreende um produto saturado, vi) separar o dito produto saturado para a corrente líquida de produto e uma corrente de reciclo de gás, vii) recuperar a corrente líquida de produto a partir da unidade de processo de hidrogenação;

em que as ditas etapas de i) até vii) são conduzidas em uma pressão constante selecionada de 2 a 8 MPa.

[0037] A pressão dentro das etapas de i) até vii), isto é dentro da seção de alta pressão do processo de hidrogenação, é mantida essencialmente constante em uma pressão selecionada de 2 a 8 MPa. Assim, uma vez que a pressão é definida no separador de alta pressão frio, a mesma pressão é definida para os reatores, trocadores de calor, separadores, reciclos e um desvio. Apenas após o produto líquido ser recuperado a partir do separador, a pressão é derrubada na estabilização. A pressão definida é uma pressão constante selecionada entre 2 e 8 MPa, preferivelmente entre 3 e 6 MPa. A dita pressão constante é mantida mesmo através das alterações de campanha.

[0038] De acordo com condições de processo predefinidas, a corrente de hidrocarboneto é contatada com hidrogênio em uma quantidade de 25 a 500 Nm³ de hidrogênio/m³ de hidrocarbonetos da carga de alimentação,

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18/47 em uma temperatura de 50 a 270 °C, e em um LHSV de 0,2 a 10 1/h. Dentre estes controles de processo padrão LHSV se refere a velocidade espacial horária liquida volumétrica indicando a taxa de fluxo de liquido reagente/volume de reator.

[0039] A corrente hidrogenada a partir da saída da dita primeira zona de reação aqui é referida como o primeiro intermediário. O dito primeiro intermediário é separado para uma corrente gasosa de primeiro intermediário e uma corrente liquida de primeiro intermediário. A dita separação do primeiro intermediário é conduzida por meio de um separador de alta pressão quente.

[0040] Nos casos onde a conversão após a primeira zona de reação é satisfatória, a dita primeira corrente liquida intermediária é dividida entre ciclo de reciclo de liquido e linha de desvio de liquido. Como não existe necessidade por hidrogenação adicional, o conduto através da dita linha de desvio de liquido transfere a dita primeira corrente liquida intermediária para o produto saturado em termos da presente descrição. Assim, na linha de desvio de liquido, a corrente liquida de primeiro intermediário compreende um produto saturado. Devido ao projeto de processo, a corrente de gás a partir da saída da segunda zona de reação é combinada com o dito produto saturado e levada para o separador de alta pressão frio.

[0041] No caso da opção de reagir a dita primeira corrente liquida intermediária na segunda zona de reação ser aplicada, os hidrocarbonetos insaturados que permanecem após a primeira zona de reação então são reagidos com

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19/47 corrente de gás de primeiro intermediário rica em hidrogênio e desta forma o produto saturado é obtido. 0 dito produto saturado junto com gases são levados a partir da saída da segunda zona de reação para o separador de alta pressão frio.

[0042] A separação para corrente líquida e gasosa ou vapor na etapa vi) produz o produto saturado como líquido e corrente gasosa separada. De acordo com uma modalidade preferida, a corrente gasosa separada a partir da etapa vi) é conduzida como corrente de reciclo de hidrogênio para a entrada da primeira zona de reação. Isto permite o uso de hidrogênio em excesso e o uso eficaz do mesmo. A dita corrente gasosa separada em outras modalidades pode ser levada para outros processos que consomem hidrogênio fora da unidade de hidrogenação.

[0043] Os presentes inventores descobriram vantagens do presente processo sendo relacionado com a pressão constante mantida através dos processos de hidrogenação dentro da seção de alta pressão da unidade de hidrogenação. Como usado aqui, a seção de alta pressão inclui reatores, separadores e compressores de gás de reciclo. Na prática, no projeto de processo uma pressão entre 2 e 8 MPa é selecionada e definida, e a seguir o processo é conduzido nesta pressão definida independentemente da corrente de hidrocarboneto como carga de alimentação e do produto de escolha. Portanto, é benéfico o uso de equipamento que contribui para pressão constante e que evita perdas de pressão. Foi uma descoberta surpreendente que diferentes cargas de alimentação podem

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20/47 ser hidrogenadas para satisfazer diferentes demandas de qualidade aplicando um processo e dentro de um dispositivo em uma pressão selecionada.

[0044] De maneira apropriada, o processo compreende pelo menos um separador de alta pressão. Preferivelmente um separador de alta pressão quente está situado a jusante da primeira zona de reação de hidrogenação e separa o intermediário refrigerado para corrente gasosa a ser levada para a segunda zona de reação e corrente líquida. Os separadores de alta pressão quentes e os separadores de alta pressão frios estão comercialmente disponíveis e geralmente são referidos como HHPS e CHPS respectivamente.

[0045] Quando usadas como alimentações para o presente processo, correntes de hidrocarboneto compreendem compostos olefínicos em menos do que 70% em massa, preferivelmente menos do que 50% em massa, mais preferivelmente menos do que 30% em massa da massa de alimentação total. Tais alimentações foram consideradas muito leves para ser alimentadas para um processo capaz de hidrogenação de corrente de hidrocarboneto mais pesada.

[0046] De acordo com uma modalidade, a alimentação compreende compostos aromáticos menos do que 70 % em massa, preferivelmente menos do que 50 % em massa e ainda mais preferivelmente menos do que 30 % em massa da massa de alimentação total.

[0047] Adicionalmente, alimentações muito diferentes foram encontradas sendo hidrogenadas com o presente método. Contrariamente às expectativas, cargas de alimentação e processos possíveis para o presente processo

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21/47 de hidrogenação e dispositivo são nafta leve, nafta de faixa completa e destilados médios compreendendo aromáticos, olefinas ou ambos.

[0048] Quando usado como uma corrente de hidrocarboneto de alimentação na presente unidade de hidrogenação, nafta leve (alimentação A) através da hidrogenação ou saturação de olefinas produz hidrocarbonetos C4, C5, C6 altamente saturados com baixo conteúdo de olefinas. Na mesma unidade, nafta de faixa completa (alimentação B) pode ser usada como a alimentação. No caso de nafta de faixa completa como uma corrente de hidrocarboneto de alimentação, a presente hidrogenação provê através da desaromatização de benzeno e outros aromáticos, hidrocarbonetos C5, C6, C7 livres de benzeno. No caso de destilados médios, gasóleo ou gasóleos leves como a alimentação (alimentação C) a hidrogenação novamente passa por desaromatização de benzeno, outros aromáticos e poliaromáticos mais pesados, a partir dos quais solventes com baixo teor de aromáticos são produzidos.

[0049] Os presentes inventores agora mostraram que alimentações em geral consideradas muito diferentes para ser processáveis na mesma unidade de hidrogenação podem ser rodadas em subsequentes campanhas. Sem estar ligado por qualquer ordem das ditas alimentações, pelo menos duas cargas de alimentação podem ser alimentadas em sequência ao presente processo de hidrogenação.

[0050] As ditas cargas de alimentação podem diferir entre si como para faixa de destilação, comprimento de cadeia de hidrocarboneto dado como faixa de número de

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22/47 carbono, e conteúdo de composto aromático e olefinico. Assim, a corrente de hidrocarboneto compreendendo compostos olefinicos, compostos aromáticos ou uma combinação dos mesmos alimentada para o processo pode ser definida como uma fração de hidrocarboneto em que 90 % em massa dos hidrocarbonetos

a. possui uma faixa de destilação definida por um ponto de ebulição inicial de -10 a 230°C, e um ponto de ebulição final até 330 °C de acordo com o padrão ASTM D-86, e

b. possui uma faixa de número de carbono em que a diferença entre o limite de número de carbono inferior e limite de número de carbono superior é de 0 a 5, preferivelmente de 0 a 3 e a dita faixa de número de carbono é uma subfaixa de números de carbono de C4 a C17.

[0051] A corrente de hidrocarboneto usada como alimentação para a hidrogenação tipicamente é um corte de hidrocarboneto obtido a partir do fracionamento de carga de alimentação fóssil ou renovável. O fracionamento produz cortes, em que 90 % em massa dos hidrocarbonetos possuem tais números de carbono que a diferença entre o menor número de carbono e o maior número de carbono é de 5 ou menos, assim os seus comprimentos de cadeia de carbono estão próximos entre si. Assim, se o menor número de carbono da dita subfaixa foi C6, a faixa seguindo esta definição pode ser C6 - Cll, C6 - C10, C6 - C9, C6 - C8, C6 - C7 ou C6. Se a diferença foi limitada para a partir de 0 a 3, as subfaixas com o mesmo menor limite de número de

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23/47 carbono podem ser hidrocarbonetos tendo números de carbono C6 - C9, C6 - C8, C6 - C7 ou C6.

[0052] Exemplos da dita corrente de hidrocarboneto como carga de alimentação compreendem:

A) uma corrente de hidrocarboneto em que pelo menos 90 % dos hidrocarbonetos são hidrocarbonetos C4 - C6, e possuem uma faixa de destilação definida por um ponto de ebulição inicial de -10 °C, e ponto de ebulição final que não excede 80 °C de acordo com o padrão ASTM D-86,

B) uma corrente de hidrocarboneto em que pelo menos 90 % dos hidrocarbonetos são hidrocarbonetos C5 - C8, e possuem uma faixa de destilação definida por um ponto de ebulição inicial de 57 °C, e ponto de ebulição final que não excede 140 °C de acordo com o padrão ASTM D-86, e

C) a corrente de hidrocarboneto em que pelo menos 90 % dos hidrocarbonetos são hidrocarbonetos Cll - C16, e possuem uma faixa de destilação definida por um ponto de ebulição inicial de 230 °C, e ponto de ebulição final que não excede 330 °C de acordo com o padrão ASTM D-86.

[0053] Para os presentes inventores, foi surpreendente notar que o presente processo é operável e provê resultados desejáveis com a alimentação A como definida acima, que é corrente olefínica de hidrocarboneto relativamente leve, com o mesmo dispositivo e sob a mesma pressão constante como para alimentações que contêm aromático mais pesadas, tais como B ou C.

[0054] De acordo com uma modalidade, as correntes de hidrocarboneto como alimentações podem ser obtidas a partir de fontes fósseis. Cortes de petróleo, isto é

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24/47 correntes de hidrocarboneto que se originam a partir de fontes fósseis, tipicamente óleo cru ou óleo de xisto, podem compreender altas proporções, de até mesmo 90% em massa do peso total de compostos aromáticos, que para a maioria das aplicações precisam ser removidos ou convertidos para parafinas. Cortes que se originam a partir de fontes fósseis também podem conter olefinas, especialmente quando vêm a partir de processos de craqueamento de petróleo a montante, tais como Craqueamento Catalítico Fluido (FCC).

[0055] Uma gama de correntes de hidrocarboneto aplicáveis como alimentações que se origina a partir de fontes renováveis estão disponíveis. Fontes abundantes de carbono, tais como biomassa lignocelulósica, celulose, hemicelulose, amido, açúcares, gorduras, óleos proveem correntes de hidrocarboneto renováveis através de diferentes tratamento e refino. Correntes de hidrocarboneto também podem ser produzidas por microrganismos, tais como algas, bactérias e fungos seguidos pelo apropriado refino. Dependendo da fonte e da natureza dos precursores de hidrocarboneto, as correntes de hidrocarboneto que podem ser obtidas podem compreender compostos olefínicos ou compostos aromáticos ou combinações dos mesmos.

[0056] Um exemplo de carga de alimentação para a corrente de hidrocarboneto renovável pode se originar a partir de óleos vegetais ou gorduras vegetais, ou óleos ou gorduras animais, ou óleos ou gorduras de peixes. Correntes de hidrocarboneto podem ser derivadas com tecnologias conhecidas a partir de: qualquer tipo de gorduras vegetais,

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25/47 óleos vegetais, e ceras vegetais; qualquer tipo de gorduras animais, óleos animais, ceras animais, gorduras de base animal, gorduras de peixe, óleos de peixe, e ceras de peixe; ácidos graxos ou ácidos graxos livres obtidos a partir de gorduras vegetais, óleos vegetais, ceras vegetais; gorduras animais, óleos animais, ceras animais; gorduras de peixe, óleos de peixe, ceras de peixe, e misturas dos mesmos através de hidrólise, transesterificação ou pirólise; gorduras contidas no leite; sais de metal de ácidos graxos obtidos a partir de gorduras vegetais, óleos vegetais, ceras vegetais; gorduras animais, ceras animais; gorduras de peixe, óleos de peixe, ceras de peixe, e misturas dos mesmos por saponificação; anidridos de ácidos graxos a partir de gorduras vegetais, óleos vegetais, ceras vegetais; gorduras animais, ceras animais; gorduras de peixe, óleos de peixe, ceras de peixe, e misturas dos mesmos; ésteres obtidos por esterificação de ácidos graxos livres de plantas, alcoóis de origem animal e de peixes; alcoóis graxos ou aldeídos obtidos como produtos de redução de ácidos graxos a partir de gorduras vegetais, óleos vegetais, ceras vegetais; gorduras animais, ceras animais; gorduras de peixe, óleos de peixe, ceras de peixe, e misturas dos mesmos; gorduras recicladas da indústria alimentícia; gorduras contidas em plantas criadas por meio de manipulação genética ou engenharia genética; ácidos dicarboxílicos ou poliois incluindo diols, hidroxicetonas, hidroxialdeídos, ácidos hidroxicarboxílicos, e correspondentes compostos de enxofre difuncionais ou multifuncionais, correspondentes compostos de nitrogênio

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26/47 difuncionais ou multifuncionais, ou compostos derivados a partir de algas, bolores, leveduras, fungos e/ou outros microrganismos capazes de produzir compostos mencionados acima ou compostos similares com estes.

[0057] Quando a corrente de hidrocarboneto como carga de alimentação para o presente processo é derivada a partir de fontes renováveis ricas em ácido graxo, o conteúdo de aromático geralmente é intrinsecamente baixo. Por exemplo, alimentação renovável obtida a partir de ácidos graxos ou monoglicerídeos, diglicerídeos ou triglicerídeos dos mesmos por hidrodesoxigenação e opcionalmente isomerização, são substancialmente livres de aromáticos e facilmente vão abaixo de 1 % em massa devido a natureza da matéria-prima. No entanto, tais cargas de alimentação a partir de fontes renováveis geralmente contêm hidrocarbonetos insaturados olefínicos.

[0058] A alimentação também pode ser uma mistura de correntes de hidrocarboneto a partir de fontes fosseis e fontes renováveis ou uma corrente de hidrocarboneto obtida a partir do processamento de tal mistura. As cargas de alimentação assim podem ser obtidas a partir de fontes fósseis, fontes renováveis ou qualquer combinação das mesmas.

[0059] Diferentes alimentações necessitam de alguma forma de diferentes temperaturas nos processos de hidrogenação. No entanto, a pressão pode ser mantida substancialmente constante. Devido ao alto nível de pressão mantido no sistema, não há necessidade de otimizar o reciclo de gás.

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27/47 [0060] De acordo com uma modalidade, a corrente de produto líquida hidrogenada obtida a parti da seção de alta pressão da unidade de hidrogenação é adicionalmente fracionada para produtos de faixas de ebulição definidas. A corrente líquida de produto é estabilizada em uma coluna estabilizadora, opcionalmente destilada para ser dividida em frações, e enviada para o armazenamento. A etapa de fracionamento é realizada fora da seção de alta pressão e em uma pressão de 1 kPa a 1 MPa absoluto.

[0061] Itens os quais são deixados para o perito na técnica otimizar são o volume de catalisador, as temperaturas de reação e a taxa de gás de reciclo, razão de hidrogênio/alimentação etc.

Uma modalidade para alteração de campanha [0062] Quando o presente dispositivo de hidrogenação é usado para a hidrogenação de uma alimentação, foi descoberto que alimentações que tipicamente necessitam de condições de hidrogenação muito diferentes e equipamento de processo muito diferente podem ser processadas com a mesma unidade. É especialmente interessante que a desaromatização e a saturação de olefinas podem ser conduzidas com sucesso no mesmo dispositivo de hidrogenação. No entanto, uma vantagem específica que pode ser obtida através do presente processo e dispositivo é um novo processo para alteração de campanha. Comparado com processos conhecidos a partir da técnica anterior, o presente dispositivo de hidrogenação provê deseja rodar alimentações muito diferentes para reações de hidrogenação consideravelmente diferentes, em

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28/47 que a alteração a partir de uma alimentação para outra provê aprimoramentos como para o tempo ocioso e o produto e perdas de reagente durante a alteração de campanha são referidos. A alteração suave de uma alimentação para outra é essencial para minimizar o tempo ocioso a misturação do produto.

[0063] Tradicionalmente, a química de processo usa termos como processo em batelada e processo contínuo. Processos contínuos são tipicamente rodados por um período tão longo quanto é possível, parados apenas para a manutenção e iniciados novamente com a mesma alimentação, as mesmas condições e os mesmos produtos. Com o termo campanha aqui é referido um processo contínuo, que é rodado por um período de tempo. O presente processo pode ser ajustado e rodado usando uma alimentação por um período, e então, através do método para alteração de campanha, rodado usando outra alimentação para outro período. Neste contexto, o comprimento da campanha pode variar entre 1 e 30 semanas, tipicamente entre 2 e 20 semanas. Os benefícios do presente método para alteração de campanha são mais bem notados quando as campanhas são relativamente curtas (por exemplo, de 2 a 6 semanas), e alterações são consequentemente frequentes. No entanto, para a produtividade global um equilíbrio entre alterações de campanha e comprimentos é dependente de vários fatores. De qualquer modo, o presente método para alteração de campanha provê benefícios sobre alterações tradicionais que envolvem o desligamento completo da unidade.

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29/47 [0064] De acordo com uma modalidade, o presente processo de hidrogenação compreende adicionalmente etapas para uma alteração a partir de uma campanha com uma corrente de hidrocarboneto como uma alimentação para uma próxima campanha com outra corrente de hidrocarboneto como uma alimentação;

• manter a pressão essencialmente constante dentro da seção de alta pressão;

• descarregar os catalisadores na primeira e na segunda zonas de hidrogenação com hidrogênio; e • drenar líquidos a partir da unidade.

[0065] Mais especificamente, um exemplo detalhado do processo para alteração de campanha compreende as seguintes etapas na ordem dada aqui, que, no entanto podem ser parcialmente sobrepostas. Assim, dentro de uma unidade de hidrogenação compreendendo primeira e segunda zonas de hidrogenação, trocadores de calor, separadores de alta pressão, um estabilizador, reciclo de liquido e reciclo de hidrogênio, um método para a alteração a partir de uma campanha para uma próxima campanha compreende as etapas de

a. drenar líquidos a partir das zonas de hidrogenação ;

b. manter a pressão essencialmente constante e monitorar as temperaturas nos reatores;

c. iniciar um reciclo de liquido a partir do fundo do estabilizador para a entrada da primeira zona de reação;

d. cortar a alimentação para a primeira zona de reação;

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e. interromper o reciclo de líquido em um momento onde as medições de temperatura do reator mostram temperaturas essencialmente constantes;

f. descarregar os catalisadores com hidrogênio;

g. drenar líquidos a partir da unidade;

h. ajustar temperaturas para os valores necessários para a próxima campanha;

i. encher a coluna estabilizadora e o tambor de alimentação com a próxima alimentação;

j. bombear a próxima alimentação pré-aquecida para a primeira zona de reação para iniciar a próxima campanha.

[0066] O reciclo é estabilizado a partir do refrigerador de produto para o tambor de alimentação e a alimentação fresca para a unidade pode ser interrompida.

[0067] Reciclo de líquido deve ser continuado em pressão de operação normal e a temperatura de operação que prevalece logo antes da partida do reciclo desde que qualquer perfil de temperatura seja observado nos reatores. A temperatura no separador de alta pressão quente, no entanto, deve ser reduzida.

[0068] A descarga de hidrogênio deve ser feita com hidrogênio de uma passada. Alternativamente compressor de gás de reciclo pode ser usado. De qualquer modo, a taxa de fluxo de hidrogênio deve ser maximizada. Purga de gás deve ser enviada através dos controles e separadores até uma chaminé.

[0069] Hidrocarbonetos descarregados a partir dos reatores são coletados no separador de alta pressão quente e no separador de alta pressão frio. Assim, é importante

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31/47 minimizar os níveis nos separadores de alta pressão antes de iniciar a descarga de hidrogênio. Também é importante que os refrigeradores de ar estejam em operação com carga adequada (clarabóias abertas) para resfriar a corrente de entrada para os separadores de alta pressão até 40 °C ou menos para condensar hidrocarbonetos bem como for possível.

[0070] Durante a descarga de hidrogênio, a pressão de operação no separador de alta pressão frio pode ser reduzida. Em geral, a temperatura de descarga deve ser a mesma que a temperatura de operação para a alimentação anterior.

[0071] Através deste processo, vantagens podem ser alcançadas. Primeiramente, através da drenagem cuidadosa do líquido do sistema, a mistura de diferentes campanhas pode ser evitada com sucesso. A descarga de hidrogênio remove de maneira eficiente hidrocarbonetos a partir do sistema. No entanto, reciprocamente ao entendimento anterior, também provê vantagens para catalisadores através da descarga de restos da alimentação de campanha, intermediários e produtos, o que purifica os catalisadores para a próxima campanha. Isto é especialmente benéfico considerando os compostos aromáticos mais pesados, que de outra maneira podem se acumular para o reciclo ou contaminar o catalisador. Uma funcionalidade importante do processo para as alterações de campanha é o arranjo com o qual os hidrocarbonetos líquidos são drenados a partir da unidade enquanto o reciclo de hidrogênio é mantido em operação. Adicionalmente, como a pressão de hidrogênio é mantida, o dispositivo de hidrogenação é mantido rodando e o início da

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32/47 próxima campanha é mais rápido uma vez que a alimentação é introduzida para o tambor de alimentação. Desta forma, perdas de pressão são diminuídas contribuindo para a economia global das alterações de campanha.

[0072] A presente unidade de hidrogenação compreende um dispositivo de hidrogenação. Um perito na técnica entende que a unidade de hidrogenação é conectada com outros processos unitários a montante e a jusante. Aproximadamente, o dispositivo compreende tanques de alimentação, reatores de hidrogenação, separadores, linhas de reciclo, trocadores de calor, e é conectado com a estabilização do produto através de destilação.

[0073] Um dispositivo para implementar o presente processo compreende uma primeira zona de reação de hidrogenação com pelo menos um reator de hidrogenação, uma segunda zona de reação de hidrogenação com pelo menos um reator de hidrogenação, um ciclo de reciclo de liquido a partir de um separador de alta pressão quente para a entrada da primeira zona de reação, meios para conduzir a corrente gasosa do primeiro intermediário a partir do dito separador de alta pressão quente para a segunda zona de reação, meios para conduzir pelo menos parte da corrente liquida de primeiro intermediário para a segunda zona de reação, uma linha para desvio de liquido da segunda zona de reação, um separador de alta pressão frio e um ciclo de reciclo de gás a partir do separador de alta pressão frio para a entrada da primeira zona de reação.

[0074] Com referência à figura 1, o presente processo e dispositivo para a hidrogenação podem ser

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33/47 descritos compreendendo pelo menos um reator dentro da primeira zona de reação de hidrogenação 1. A corrente de hidrocarboneto como alimentação é conduzida para a primeira zona de reação de hidrogenação 1 através do tambor de alimentação 9. Um separador de alta pressão quente 3 separa o primeiro intermediário resfriado a partir da dita primeira zona de reação de hidrogenação para prover uma corrente liquida de primeiro intermediário e uma corrente gasosa de primeiro intermediário 5. Uma parte da corrente liquida de primeiro intermediário é direcionada como reciclo de liquido de volta para a primeira zona de reação de reator de hidrogenação. 0 restante da corrente liquida de primeiro intermediário é conduzido para a segunda zona de hidrogenação 2 a jusante do dito separador 3 para a hidrogenação adicional ou para uma linha de desvio de corrente liquida 4 arranjada para desviar a segunda zona de hidrogenação 2. Opcionalmente ambos podem ser aplicados. A partir do separador de alta pressão quente 3, a corrente de gás é arranjada para ser direcionada para a segunda zona de hidrogenação 2. A partir da saída da segunda zona de hidrogenação, um produto saturado e gás são resfriados e direcionados para o separador de alta pressão frio 6 a partir do qual a corrente liquida de produto é levada para a seção de estabilização de produto 7 e o fracionamento 8. A corrente de gás a partir do dito separador de alta pressão frio 6 é conduzida como reciclo de hidrogênio de volta para a primeira zona de reação de hidrogenação e combinada com hidrogênio de composição para ser alimentada de volta para o processo. Alternativamente, a corrente de

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34/47 gás a partir do dito separador de alta pressão frio 6 é conduzida para fora da seção de alta pressão (linha pontilhada para cima a partir de 6) da unidade de hidrogenação.

[0075] O processo de hidrogenação e dispositivo compreendem adicionalmente trocadores de calor, compressores, e adicional equipamento de processo padrão não especificamente descrito na figura.

[0076] A corrente de hidrocarboneto como carga de alimentação é conduzida para a primeira zona de reação de hidrogenação 1 através do tambor de alimentação 9, após o qual a alimentação é pressurizada para a pressão de reação definida. A corrente de hidrocarboneto é pré-aquecida (não mostrado) usando o calor formado nas reações exotérmicas e coletada a partir do resfriamento da corrente de saída da primeira zona de reação de hidrogenação. A alimentação de corrente de hidrocarboneto é combinada com hidrogênio de reciclo e com hidrogênio de composição e adicionalmente aquecida (não mostrado) até a temperatura de alimentação desejada.

[0077] Ainda em referência à figura 1, de acordo com uma modalidade a configuração do processo usada para a hidrogenação da corrente de hidrocarboneto compreende pelo menos um reator de hidrogenação na primeira zona de reação 1 e pelo menos um reator de hidrogenação na segunda zona de reação 2 para opcionalmente completar a conversão.

[0078] Como o processo e o dispositivo são especialmente adequados para a hidrogenação flexível de diferentes cargas de alimentação, várias opções para rodar

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35/47 o processo estão disponíveis. Nos casos onde os requisitos para a conversão são altos, a corrente líquida de primeiro intermediário obtida a partir do separador de alta pressão quente é alimentada para a segunda zona de hidrogenação 2. Mesmo que a necessidade de saturação seja relativamente pequena devido a maioria da hidrogenação ocorrer na primeira zona de reação, as olefinas insaturadas, compostos aromáticos ou uma combinação dos mesmos que permanecem na dita primeira corrente líquida intermediária são hidrogenados na segunda zona de hidrogenação com alta conversão.

[0079] Nos casos onde a conversão obtida na primeira zona de reação é suficiente, não existe necessidade de levar a corrente líquida de primeiro intermediário para a segunda zona de reação. Neste caso, apenas a corrente de gás passa através da segunda zona de reação. Os presentes inventores descobriram que isto é vantajoso tanto permitindo a manutenção da pressão constante na seção de alta pressão com diferentes alimentações e requisitos de produto, e através da descarga do catalisador na segunda zona de reação e desta forma purificando o catalisador. Seja para conduzir a corrente líquida de primeiro intermediário para a segunda zona de reação é controlado pelo uso da linha de desvio 4.

[0080] A segunda zona de reação 2 é operada quando necessário para especificações de produto desejadas. Tais casos podem se aplicar às cargas de alimentação contendo compostos olefínicos ou compostos aromáticos ou combinações dos mesmos, que não são hidrogenados para o nível

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36/47 necessário na primeira zona de reação. Outros casos podem ser relacionados com a necessidade de satisfazer tais especificações de produto que não são satisfeitas com a hidrogenação na primeira zona de reação apenas. Gás rico em hidrogênio é separado a partir do efluente liquido em um separador de alta pressão frio 6 e reciclado para a entrada de primeira zona de reação 1 ou conduzido fora da seção de alta pressão (linha pontilhada para cima a partir de 6) da unidade de hidrogenação.

[0081] É essencial que, a corrente gasosa do primeiro intermediário 5 a partir do separador 3 sempre seja guiada através da segunda zona de hidrogenação. A partir da segunda zona de reação 2, a corrente de salda é alimentada para o separador de alta pressão frio 6 onde a partir do produto saturado para a seção de estabilização 7. Não existe reciclo da corrente liquida a partir do separador de alta pressão frio 6 para qualquer reator. A dita seção de estabilização 7 (detalhes não mostrados) é mantida sob as condições de processo suficientes para produzir os produtos substancialmente livres de hidrogênio e hidrocarbonetos leves. O produto estabilizado pode ser fracionado na coluna de destilação 8 para fluidos de faixas de ebulição definidas.

[0082] Na figura 1, um quadrado de linha pontilhada denota a seção de alta pressão do presente processo e dispositivo dentro da unidade de hidrogenação. O equipamento dentro do dito quadrado pontilhado são ajustados para uma pressão constante selecionada entre 2 e 8 MPa. Está claro para um perito na técnica que, uma

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37/47 pressão constante definida na prática mostra um perfil de pressão insignificante, tipicamente em torno de alguns bar mostrando pressão levemente maior na entrada para a primeira zona de reação, e diminuindo em direção ao separador de alta pressão frio. No entanto, os presentes inventores descobriram que a pressão substancialmente constante dentro da seção de alta pressão do presente processo e dispositivo provê vantagens através da eficiência de energia, baixo consumo de hidrogênio e tempo ocioso de processo diminuído.

[0083] De acordo com uma modalidade preferida um dispositivo e processo para a hidrogenação compreende dois reatores na primeira zona de reação, aqui referidos como reator frontal e reator seguinte. Esta modalidade é estudada em detalhe nos exemplos 1 e 2 desta descrição. Nos exemplos, a configuração de processo usada para a hidrogenação de alimentação compreende dois reatores de leito gotejante de hidrogenação em série na primeira zona de reação e um reator na segunda zona de reação 2 para completar a conversão. Preferivelmente a maioria das reações exotérmicas ocorre no reator frontal, que consequentemente possui um maior aumento de temperatura. Quando o catalisador desativa, a reação se move gradualmente para o seguinte reator na primeira zona de reação de hidrogenação. Este desenvolvimento é ilustrado adicionalmente nos exemplos através de análise se referindo ao início da corrida e ao fim das condições de corrida.

[0084] De acordo com uma modalidade de um dispositivo e processo para a hidrogenação compreendendo

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38/47 dois reatores na primeira zona de reação, é factível carregar catalisador fresco no reator frontal após o qual a ordem de reatores dentro da dita primeira zona de reação pode ser alterada.

[0085] O aumento de temperatura na primeira zona de reação de hidrogenação é controlado pelo reciclo de líquido em que a corrente líquida de primeiro intermediário resfriada é reciclada a partir do separador de alta pressão quente 3 para a entrada da primeira zona de reação de hidrogenação.

EXEMPLOS [0086] Os seguintes exemplos são providos para melhor ilustrar a invenção reivindicada e não devem ser interpretados como limitantes do escopo da invenção. Até a extensão em que materiais específicos são mencionados, é meramente para os propósitos de ilustração e não está intencionada a limitar a invenção. Duas correntes de hidrocarboneto muito diferentes foram usadas como alimentações (referidas como alimentação A e alimentação C ou alimentações). Um perito na técnica pode desenvolver meios equivalentes ou reagentes equivalentes sem o exercício da capacidade inventiva e sem fugir do escopo da invenção. Será entendido que muitas variações podem ser feitas nos procedimentos descritos aqui enquanto ainda permanecem dentro dos limites da presente invenção.

Exemplo 1. ALIMENTAÇÃO DE NAFTA OLEFÍNICA LEVE E DESTILADO MÉDIO CONTENDO AROMÁTICOS COMO ALIMENTAÇÕES [0087] O dispositivo de hidrogenação que corresponde com a modalidade descrita na Figura 1. A

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39/47 primeira zona de reação compreendida de dois reatores de hidrogenação, que foram operados em série. 0 reator frontal teve maior aumento de temperatura devido às reações exotérmicas que ocorrem predominantemente nele. 0 aumento de temperatura no reator frontal foi controlado diluindo a alimentação do reator com líquido reciclado a partir da saída do reator para a entrada. A temperatura de entrada da segunda zona de reação nas foi controlada, mas foi determinada pela temperatura de saída do reator frontal.

[0088] A alimentação de seção de reator consistiu de alimentação fresca, reciclo de líquido, hidrogênio de composição e gás de reciclo. Conteúdos diluídos de reciclo de líquido dos componentes reativos e assim aumento de temperatura controlado. Hidrogênio de composição foi adicionado para cobrir o consumo de hidrogênio nas reações. Gás de reciclo foi ajustado para manter adequada razão de hidrogênio para reativos nas entradas do reator.

[0089] O dispositivo foi operado com duas alimentações diferentes. A alimentação A foi uma nafta olefínica que contém hidrocarboneto C5 em geral leve e corrente de hidrocarboneto de destilado médio de Ca de alimentação contendo aromáticos. A operação com diferentes alimentações foi feita em campanhas relativamente curtas de duas ou três semanas. O conteúdo de olefina da alimentação A foi de 30 % em massa e o conteúdo de aromático da alimentação C foi de 20 % em massa.

[0090] A temperatura de entrada do reator necessária depende do tipo de alimentação e da desativação do catalisador. Para a Alimentação A, a temperatura de

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40/47 entrada do primeiro reator foi de 70 °C com um catalisador fresco para iniciar as condições de corrida (SOR) e 150 °C com um catalisador desativado para terminar as condições de corrida (EOR). As correspondentes temperaturas para a Alimentação C foram de 120 °C (SOR) e de 220 °C (EOR).

[0091] Separação do gás de reciclo a partir do líquido compreendendo o produto saturado e reciclagem do mesmo com o compressor de gás de reciclo requer baixa temperatura no separador de alta pressão. Isto resulta em consumo de energia adicional, quando a corrente de gás de reciclo é reaquecida para a temperatura de operação de reator ótima. A formação de calor da reação exotérmica pode ser usada para o aquecimento da alimentação do reator através da instalação de um separador de alta pressão quente, a partir do qual líquido pode ser reciclado em alta temperatura, enquanto o separador de alta pressão frio temperatura é ajustado pelos requisitos de reciclo de gás.

[0092] O aprimoramento adicional nesta invenção é que o consumo de energia é otimizado para todos os casos de alimentação de projeto compreendendo tanto alimentações de projeto em condições de SOR quanto em condições de EOR. Como a invenção cobre uma grande gama de alimentações, com propriedades variáveis, as composições de alimentação de projeto podem ser consideradas como exemplos ilustrando diferentes faixas de destilação e diferentes conteúdos de olefina reativa ou aromáticos. Com base nos ensinamentos da presente invenção, o consumo de energia pode ser otimizado novamente facilmente para as alimentações com propriedades que diferem das alimentações de exemplo.

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41/47 [0093] Para demonstrar a efetividade de energia obtida com a presente invenção, o consumo de energia da seção de reator foi calculado com relação ao aquecedor de alimentação de reator e em refrigeração de ar. Estes são dados na Tabela 1 para as alimentações A e C.

Tabela 1. Consumo de energia da seção de reator de acordo com a presente invenção.

	Aquecedor de alimentação do reator (kW)	Refrigeração de ar (kW)
Início da corrida da Alimentação A	140	1729
Fim da corrida da Alimentação A	200	1790
Inicio da corrida da Alimentação C	97	895
Fim da corrida da Alimentação C	1083	1875

[0094] A alimentação foi bombeada para a primeira zona de reação através trocador de efluente/alimentação de reator e do aquecedor de alimentação do reator para a entrada de reator de hidrogenação frontal. O reciclo de líquido do reator e a alimentação de hidrogênio consistindo de hidrogênio de composição e gás de reciclo foi misturado com a alimentação fresca a montante do aquecedor de alimentação do reator, em que a corrente de alimentação do reator foi ajustada para a temperatura de entrada desejada.

[0095] O efluente a partir da primeira zona de reação, isto é o primeiro intermediário foi resfriado primeiramente no trocador de efluente/alimentação do reator e então no refrigerador de ar e coletado no separador de alta pressão quente. A temperatura do separador de alta pressão quente foi definida para otimizar o consumo de energia total.

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42/47 [0096] O primeiro intermediário a partir do separador de alta pressão quente como líquido foi dividido em duas correntes: o reciclo de líquido para o aquecedor de alimentação do reator, e a alimentação de segunda zona de reação. Vapor (a corrente gasosa do primeiro intermediário) a partir do separador de alta pressão quente foi combinado com a alimentação líquida da segunda zona de reação. A segunda zona de reação converteu os últimos trações de componentes reativos deixados no efluente a partir dos reatores da primeira zona de reação. Se os reatores na primeira zona de reação funcionaram apropriadamente, o reator na segunda zona de reação não deve mostrar qualquer perfil de temperatura.

[0097] Efluente compreendendo o produto saturado a partir da segunda zona de reação foi adicionalmente resfriado até 40 °C no refrigerador de ar e coletado no separador de alta pressão frio. A pressão do líquido a partir do separador de alta pressão frio foi reduzida e enviada para a seção de baixa pressão para a destilação.

[0098] A corrente gasosa separada a partir do separador de alta pressão frio foi enviada para a sucção de compressor de reciclo de hidrogênio através de um tambor de nocaute. Gás de reciclo a partir da saída do compressor foi misturado com o hidrogênio de composição e enviado para o aquecedor de alimentação do reator.

[0099] A economia de energia e economias obtidas pela presente invenção são mais bem ilustradas na Tabela 3, onde as diferenças no consumo de energia com e sem o separador de alta pressão quente são listadas.

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Exemplo comparativo 1. ALIMENTAÇÃO DE NAFTA OLEFÍNICA LEVE E DESTILADO MÉDIO CONTENDO AROMÁTICOS COMO ALIMENTAÇÕES [00100] A hidrogenação das mesmas alimentações que no exemplo 1 foi simulada. O dispositivo de hidrogenação foi exatamente o mesmo que no exemplo 1, mas sem o separador de alta pressão quente. Resultados calculados como consumo de energia são dados na Tabela 2, onde os termos são os mesmos que na Tabela 1.

Tabela 2. Consumo de energia da seção de reator sem o separador de alta pressão quente.

	Aquecedor de alimentação do reator (kW)	Refrigeração de ar (kW)
Inicio da corrida da Alimentação A	525	2114
Fim da corrida da Alimentação A	3314	4904
Inicio da corrida da Alimentação C	1805	2603
Fim da corrida da Alimentação C	4681	5474
[00101] A Ta	sela 2 mostra que sem o separador de

alta pressão quente o consumo de energia é muito diferente dependendo da alimentação ou da atividade do catalisador. Como pode ser observado, condições de EOR fornecem mais potencial para economias de energia do que condições de SOR, e alimentação pesada mais do que alimentação leve.

[00102] A comparação entre as tabelas 1 e 2 mostra que o consumo de energia pode ser reduzido com o separador de alta pressão quente. Ela também mostra como o dispositivo que usa funcionalidades da invenção é capaz de maximizar o uso do potencial de economia de energia com diferentes alimentações e tempo de vida do catalisador.

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44/47 [00103] Isto é adicionalmente clarificado na Tabela 3 mostrando como as economias de energia (calculadas como [consumo de energia de acordo com a invenção] - [consumo de energia do exemplo comparativo]) são alcançadas com o processo de hidrogenação de acordo com a presente invenção durante corridas com duas alimentações diferentes.

Tabela 3. Diferença entre consumos de energia de seção de reator no exemplo 1 e no exemplo comparativo 1 acima.

	Aquecedor de alimentação do reator (kW)	Refrigeração de ar (kW)
Inicio da corrida da Alimentação A	-385	-385
Fim da corrida da Alimentação A	-3114	-3114
Inicio da corrida da Alimentação C	-1708	-1708
Fim da corrida da Alimentação C	-3598	-3599

[00104] Os resultados de consumo de energia mostram algumas das vantagens que podem ser obtidas com o presente dispositivo de hidrogenação e processo para a hidrogenação de duas alimentações muito diferentes, designadamente nafta olefinica leve (alimentação A) e alimentação de destilado médio (alimentação C) contendo aromáticos.

Exemplo 2. OPERAÇÃO DE TODOS OS CASOS NA MESMA PRESSÃO E ALTERAÇÃO DE CAMPANHA SEM DESPRESSURIZAÇÃO [00105] O dispositivo de hidrogenação corresponde com a modalidade do exemplo 1. O dispositivo foi projetado para operar com duas alimentações diferentes. A Alimentação A foi uma nafta olefinica que contém hidrocarboneto 05 em geral leve e a Alimentação C uma corrente de hidrocarboneto de destilado médio que contém compostos aromáticos. A operação com diferentes alimentações foi realizada em campanhas relativamente curtas de duas ou três semanas. Foi

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45/47 descoberto que todos os casos de alimentação compreendendo hidrocarbonetos C5 leves bem como casos de gasóleo pesado podem ser operados na mesma pressão variando de 2 a 6 MPa, quando a temperatura de operação e a taxa de reciclo de líquido são otimizadas. A pressão de operação comum para todos os casos é vantajosa na bomba de alimentação, no compressor de gás de reciclo e no projeto de compressor de hidrogênio de composição.

[00106] Alteração de campanha é iniciada reduzindo os níveis de líquido em todos os vasos. O líquido remanescente é empurrado pela pressão de hidrogênio a partir da seção de reator de alta pressão para a seção de destilação de baixa pressão através de linhas de drenagem especiais que estão localizadas para evitar extremidades mortas que acumulem líquido. A destilação é continuada por tanto quanto é possível de forma que produto na especificação para armazenamento seja maximizado. Catalisador no reator é limpo a partir de hidrocarbonetos varrendo simultaneamente com reciclo de hidrogênio.

[00107] Por estas medidas, a alimentação anterior pode ser removida bem como possível de forma que a mistura de alimentações é minimizada. A pressão de hidrogênio é mantida na seção de alta pressão até a nova alimentação ser introduzida. A coluna estabilizadora é equipada com algumas linhas de partida para enchimento com nova alimentação de antemão a ser capaz de aquecer a coluna de forma que está pronta para tomar a nova alimentação quando ela chega.

[00108] De acordo com o presente processo e método, as alterações de campanha a partir de uma corrente de

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46/47 hidrocarboneto como carga de alimentação para outra corrente de hidrocarboneto como carga de alimentação podem ser feitas sem despressurização da seção de alta pressão, o que resulta em economias no consumo de hidrogênio e no tempo. Como exemplos comparativos, processos com variações de pressão foram simulados. Economias no consumo de hidrogênio podem ser observadas na seguinte tabela 4, que mostra a quantidade de hidrogênio necessário para a pressurização de uma seção de alta pressão da unidade de hidrogenação projetada para a taxa de alimentação de 10 a 20 t/h quando a pressão original varia entre 0 e 3 MPa e a pressão alvo entre 4 e 6 MPa.

Tabela 4. Efeito das variações na pressão para o consumo de hidrogênio calculado dentro da seção de alta pressão.

	Pressão original 0 MPa	Pressão original 1 MPa	Pressão original 2 MPa	Pressão original 3 MPa
Pressão alvo 4 MPa	H₂ 290 kg	H₂ 223 kg	H₂ 149	H₂ 74 kg
Pressão alvo 5 MPa	H₂ 365 kg	H₂ 298 kg	H₂ 223	H₂ 149 kg
Pressão alvo 6 MPa	H₂ 439 kg	H₂ 372 kg	H₂ 298	H₂ 223 kg
[00109	A tabela ilustra como as diferenças de

pressão e a despressurização dentro da seção de alta pressão aumenta o consumo de hidrogênio durante alterações de campanha.

[00110] Será aparente para um perito na técnica que, enquanto a tecnologia avança, o conceito inventivo pode ser implementado de vários modos. O assunto nas modalidades descritas acima pode ser combinado em quaisquer permutações ou de qualquer maneira. O mesmo se aplica ao assunto de todas as reivindicações dependentes que podem ser usadas em

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47/47 qualquer combinação para restringir as reivindicações independentes. A invenção e as suas modalidades não estão limitadas aos exemplos descritos acima, mas podem variar dentro do escopo das reivindicações.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para a hidrogenação de uma corrente de hidrocarboneto compreendendo compostos olefínicos, compostos aromáticos ou uma combinação dos mesmos caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de

i) alimentar a corrente de hidrocarboneto e hidrogênio para uma primeira zona de reação de uma unidade de processo de hidrogenação, ii) hidrogenar na primeira zona de reação na presença de um catalisador pelo menos parte dos ditos compostos aromáticos, compostos olefínicos ou uma combinação dos mesmos para produzir um primeiro intermediário, iii) resfriar e separar o dito primeiro intermediário em corrente líquida e corrente gasosa, iv) conduzir a corrente gasosa do primeiro intermediário para uma segunda zona de reação da unidade de processo de hidrogenação,

v) conduzir a dita primeira corrente líquida intermediária para

a) a entrada da primeira zona de reação como uma corrente de reciclo líquida de maneira a restringir o aumento de temperatura na primeira zona de reação até menos do que 60 °C, e para

b) uma segunda zona de reação, em que os compostos aromáticos remanescentes , compostos olefínicos ou uma combinação dos mesmos contidos na dita primeira corrente líquida intermediária são hidrogenados com a corrente gasosa do primeiro intermediário na presença de um catalisador para produzir um produto saturado, ou

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c) uma linha de desvio de líquido, que desvia a segunda zona de reação, em que a dita primeira corrente líquida intermediária compreende um produto saturado, vi) separar o produto saturado obtido a partir de b) ou c) para a corrente líquida de produto e uma corrente gasosa separada, vii) recuperar a corrente líquida de produto a partir da unidade de processo de hidrogenação, em que as ditas etapas de i) até vii) dentro da seção de alta pressão são conduzidas em uma pressão constante selecionada de 2 a 8 MPa, preferivelmente de 3 a 6 MPa.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo fato de que a corrente de hidrocarboneto de alimentação compreende compostos olefínicos em menos do que 70% em massa, preferivelmente menos do que 50% em massa, mais preferivelmente menos do que 30% em massa da massa de alimentação total.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2 caracterizado pelo fato de que a corrente de hidrocarboneto de alimentação compreende compostos aromáticos menos do que 70% em massa, preferivelmente menos do que 50% em massa, mais preferivelmente menos do que 30 % em massa da massa de alimentação total.
4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que separar na etapa iii) compreende pelo menos um separador de alta pressão quente.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a

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3/5 corrente de hidrocarboneto compreendendo compostos olefinicos, compostos aromáticos ou uma combinação dos mesmos alimentada para o processo é uma fração de hidrocarboneto em que 90 % em massa dos hidrocarbonetos possuem

a. uma faixa de destilação definida por um ponto de ebulição inicial de -10 a 230°C, e um ponto de ebulição final até 330 °C de acordo com o padrão ASTM D-86, e

b. uma faixa de número de carbono em que a diferença entre o limite de número de carbono inferior e o limite de número de carbono superior é de 0 a 5, preferivelmente de 0 a 3 e a dita faixa de número de carbono é uma subfaixa de números de carbono de C4 a C17.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as ditas correntes de hidrocarboneto de alimentação podem ser obtidas a partir de fontes fósseis, fontes renováveis ou qualquer combinação das mesmas.
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a dita corrente gasosa separada a partir da etapa vi) é conduzida como corrente de reciclo de hidrogênio para a entrada da primeira zona de reação.
8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7 caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma etapa de fracionamento da corrente de produto liquida hidrogenada para fluidos de faixas de ebulição definidas.

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9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a etapa de fracionamento é realizada na pressão de 1 kPa a 1 MPa absoluto.
10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a corrente de hidrocarboneto é contatada com hidrogênio em uma quantidade de 25 a 500 Nm³ de hidrogênio/m³ de hidrocarbonetos da carga de alimentação, em uma temperatura de 50 a 270°C, e em um LHSV de 0,2 a 10 1/h.
11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente as etapas de:

• manter a pressão essencialmente constante dentro da seção de alta pressão;

• descarregar os catalisadores na primeira e na segunda zonas de hidrogenação com hidrogênio; e • drenar líquidos a partir da unidade;

para uma alteração a partir de uma campanha com uma corrente de hidrocarboneto como uma alimentação para uma próxima campanha com outra corrente de hidrocarboneto como uma alimentação.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a descarga é realizada com hidrogênio selecionado a partir de hidrogênio passado uma vez ou hidrogênio reciclado.
13. Dispositivo para implementar o processo, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que compreende uma primeira zona de reação de hidrogenação com pelo menos um reator de

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5/5 hidrogenação, uma segunda zona de reação de hidrogenação com pelo menos um reator de hidrogenação, um ciclo de reciclo de liquido a partir de um separador de alta pressão quente para a entrada da primeira zona de reação, meios para conduzir a corrente gasosa do primeiro intermediário a partir do dito separador de alta pressão quente para a segunda zona de reação, meios para conduzir pelo menos parte da corrente liquida de primeiro intermediário para a segunda zona de reação, uma linha para desvio de liquido da segunda zona de reação, um separador de alta pressão frio e um ciclo de reciclo de gás a partir do separador de alta pressão frio para a entrada da primeira zona de reação.