BR112013012385B1

BR112013012385B1 - processo para craqueamento de uma alimentação de hidrocarboneto pesado

Info

Publication number: BR112013012385B1
Application number: BR112013012385-0A
Authority: BR
Inventors: Robert S. Bridges; Sellamuthu G. Chellappan
Original assignee: Equistar Chemicals, Lp
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2018-12-18
Also published as: WO2012071327A1; US8663456B2; CN103210061B; CN103210061A; US20120125811A1; BR112013012385A2

Abstract

processo para craqueamento de uma alimentação de hidrocarboneto pesado a presente invenção refere-se a um processo para craqueamento de uma alimentação de hidrocarboneto pesado compreendendo uma etapa de vaporização, uma etapa de coqueificação, uma etapa de hidroprocessamento, e uma etapa de craqueamento de vapor, que é revelado. a alimentação de hidrocarboneto pesado é passada para uma primeira zona de uma unidade de vaporização para separar uma primeira corrente de vapor e uma primeira corrente de líquido. a primeira corrente de líquido é passada para uma segunda zona da unidade de vaporização e contatada intimamente com um vapor em contracorrente para produzir uma segunda corrente de vapor e uma segunda corrente de líquido. a primeira corrente de vapor e a segunda corrente de vapor são craqueadas na seção radiante do craqueador de vapor para produzir um efluente creaqueado. a segunda corrente de líquido é termicamente craqueada em um tambor de coqueificação para produzir um efluente de coqueador e coque. o efluente do coqueador é separado em um gás do coqueador e um líquido do coqueador. o líquido do coqueador é reagido com hidrogênio na presença de um catalisador para produzir um produto hidroprocessado. o produto hidroprocessado é separado em um produto gasoso e um produto líquido. o produto líquido é alimentado à unidade de vaporização.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

Esta invenção refere-se à produção de olefinas e outros produtos por craqueamento de vapor de uma alimentação de hidrocarboneto pesado.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Craqueamento de vapor de hidrocarbonetos é um processo petroquímico não catalítico que é amplamente usado para produzir olefinas, tais como etileno, propileno, butenos, butadieno, e aromáticos, tais como benzeno, tolueno, e xilenos. Tipicamente, uma mistura de uma alimentação de hidrocarboneto, tal como etano, propano, nafta, gás óleo, ou outras frações de hidrocarboneto e vapor, é craqueada em um craqueador de vapor. O vapor dilui a alimentação de hidrocarboneto e reduz o coqueificação. O craqueador de vapor é também denominado fornalha de pirólise, fornalha de craqueamento, craqueador, ou aquecedor de craqueamento. Um craqueador de vapor tem uma seção de convecção e uma seção radiante. Preaquecimento é efetuado na seção de convecção, enquanto que a reação de craqueamento ocorre na seção radiante. Uma mistura de vapor e a alimentação de hidrocarboneto é tipicamente preaquecida em tubos de convecção (espiras) a uma temperatura de a partir de cerca de 482 a cerca de 538Ό (cerca de 900 a cerca de 1.000 °F) () na seção de convecção, e, em seguida, passada aos tubos radiantes localizados na seção radiante. Na seção radiante, os hidrocarbonetos e o vapor são rapidamente aquecidos a uma temperatura de craqueamento de hidrocarboneto na faixa de a partir de cerca de 788 a cerca de 843Ό (cerca de 1.450 a cerca de 1.550 °F (). Tipicamente, a reação de craqueamento ocorre a uma pressão na faixa de a partir de cerca de 68,7 kPa a 206,9 kPa (10 a cerca de 30 psig). O craqueamento de vapor é efetuado sem o auxílio de qualquer catalisador.

Após craqueamento na seção radiante, o efluente a partir do craqueador de vapor contém hidrocarbonetos gasosos de grande variedade,

2/19 por exemplo, de um a cinquenta e cinco átomos de carbono por molécula. Estes hidrocarbonetos gasosos podem ser saturados, monoinsaturados, e poli-insaturados, e podem ser alifáticos, alicíclicos, ou aromáticos. O efluente creaqueado também contém quantidade significante de hidrogênio molecular. O efluente creaqueado é geralmente adicionalmente processado para produzir vários produtos, tais como hidrogênio, etileno, propileno, hidrocarbonetos C4 misturados, gasolina de pirólise, e óleo combustível de pirólise.

Os sistemas de craqueamento de vapor convencionais têm sido efetivos para craqueamento de alimentações de gás (por exemplo, etano, propano), ou alimentações líquidas de alta qualidade que contêm hidrocarbonetos voláteis muito leves (por exemplo, gás óleo, nafta). As alimentações de hidrocarboneto contendo componentes pesados, tais como óleo bruto ou resíduo atmosférico, não podem ser creaqueadas usando uma fornalha de pirólise economicamente, porque tais alimentações contêm componentes pesados, não-voláteis, de alto peso molecular, que tendem a formar coque muito rapidamente na seção de convecção da fornalha de pirólise.

Esforços têm sido direcionados para desenvolver processos para usar alimentações de hidrocarboneto contendo componentes pesados em craqueadores de vapor devido a sua disponibilidade e custos inferiores, conforme comparado a alimentações líquidas de alta qualidade. Por exemplo, a Patente dos Estados Unidos No. 3,617,493 revela um vapor de vaporização externo para alimentação de óleo cru e um primeiro jato para remover nafta como um vapor, e um segundo jato para remover voláteis com um ponto de ebulição entre 232 a 593°C (450 a 1100 °F) . Os vapores são craqueados em uma fornalha de pirólise em olefinas e os líquidos separados a partir de dois tanques de jato são removidos, extraídos com vapor, e usados como combustível.

A Patente dos Estados Unidos No. 3.487.006 ensina um processo para integração de facilidades de fracionamento de produto bruto com a produção de produtos petroquímicos nas quais destilados leves são inicialmente separados de um produto bruto em um primeiro fracionador. O produto bruto com destilado leve é misturado com vapor, e passado através da

3/19 seção de convecção de um aquecedor de pirólise e introduzido em uma torre de gás óleo. Um produto de gás óleo a partir da torre de gás óleo é introduzido, sem condensação, na seção de aquecimento radiante do aquecedor de pirólise para efetuar o craqueamento deste a produtos petroquímicos desejados. A Patente dos Estados Unidos No. 3.487.006 também ensina que o resíduo a partir da torre de gás óleo pode ser adicionalmente tratado, por exemplo, por coqueificação, para produzir produtos mais leves.

A Patente dos Estados Unidos No. 3.898.299 ensina um processo para produção de olefinas gasosas de um estoque de alimentação de resíduo de petróleo atmosférico. O processo compreende: (a) contatar o estoque de alimentação de resíduo de petróleo em uma zona de hidrogenação com um catalisador de hidrogenação a uma temperatura na faixa de 50 a 500°C, uma pressão na faixa de 50 a 5.000 psig, e a uma velocidade de espaço frequente de líquido na faixa de 0,1 a 5,0 para efetuar hidrogenação de hidrocarbonetos aromáticos; (b) separar a partir do estoque de alimentação de resíduo de petróleo atmosférico hidrogenado resultante uma fase gasosa contendo hidrogênio e uma fase líquida contendo hidrocarbonetos; (c) reciclo de pelo menos uma porção da fase gasosa contendo hidrogênio à zona de hidrogenação; (d) separar a fase líquida contendo hidrocarbonetos em uma fração de destilado tendo uma faixa de ebulição abaixo de 650°C e uma fração de resíduo tendo uma faixa de ebulição acima daquela da fração de destilado; (e) submeter a fração de destilado na presença de vapor a craqueamento térmico em uma zona de pirólise sob condições que efetuam conversão de pelo menos uma porção da fase líquida a olefinas gasosas; e (f) recuperação das olefinas normalmente gasosas a partir do efluente da zona de pirólise.

A Patente dos Estados Unidos No. 4.310.439 ensina um processo para craqueamento de misturas de alimentação de hidrocarboneto líquido pesado tendo um ponto de ebulição normal acima de 200°C, e contendo monoaromáticos e poliaromáticos por hidrogenação da alimentação e subsequente craqueamento térmico de alimentação resultante para obter olefinas. O processo inclui uma etapa de hidrogenação de modo que os poliaro

4/19 máticos na alimentação são extensivamente hidrogenados, e no qual entre a etapa de hidrogenação e a etapa de craqueamento térmico, é provida uma etapa intermediária de separar o produto de hidrogenação em uma (i) fração leve contendo a proporção maior dos monoaromáticos e (ii) uma fração líquida pesada, referida fração líquida pesada sendo substancialmente menos isomerizada do que referida fração leve, e submetendo somente referida fração líquida pesada ao estágio de craqueamento térmico para obter uma corrente de produto rica em etileno. Visbreaker ou coqueador de destilados pode ser usado como alimentações de hidrocarboneto líquido pesado para o processo.

A Patente dos Estados Unidos No. 7.374.664 revela um método para utilização de óleo bruto total como um estoque de alimentação para a fornalha de pirólise de uma instalação de produção de olefina. O estoque de alimentação é submetido a condições de vaporização até que substancialmente vaporizado com craqueamento brando mínimo, mas deixando algum líquido remanescente do estoque de alimentação, os vapores assim formados sendo submetidos a craqueamento severo na seção radiante da fornalha, e o líquido remanescente a partir do estoque de alimentação sendo misturado com pelo menos um óleo de esfriamento rápido para abaixar a temperatura do líquido remanescente.

A Patente dos Estados Unidos No. 7.404.889 revela um método para craqueamento térmico de uma alimentação de hidrocarboneto no qual a alimentação é primeiro processada em uma etapa de destilação térmica atmosférica para formar uma gasolina leve, uma fração de nafta, uma fração de destilado intermediária, e um resíduo atmosférico. A mistura da gasolina leve e o resíduo são vaporizados pelo menos em parte em uma etapa de vaporização, e o produto vaporizado da etapa de vaporização é termicamente craqueado na presença de vapor. A fração de nafta e fração de destilado intermediária não são craqueadas. Os destilados intermediários incluem tipicamente aquecimento de óleo, combustível de jato, combustível de diesel, e querosene.

A Patente dos Estados Unidos No. 7.550.642 revela um método

5/19 para processamento de um produto bruto líquido e/ou alimentação de condensado de gás natural compreendendo submeter a alimentação a uma etapa de vaporização para formar um produto vaporoso e um produto líquido, submeter o produto vaporoso a craqueamento térmico, e submeter o produto líquido a processamento de refinaria de óleo bruto.

A Patente dos Estados Unidos No. 7.138.047 ensina um processo para craqueamento de um estoque de alimentação de hidrocarboneto pesado contendo hidrocarbonetos não-voláteis, compreendendo: aquecer o estoque de alimentação de hidrocarboneto pesado, misturar o estoque de alimentação de hidrocarboneto pesados com um fluido e/ou uma corrente de vapor de diluição primária para formar uma mistura, descarregando a mistura para formar uma fase de vapor e uma fase de líquido, e variando a quantidade do fluido e/ou da corrente de vapor de diluição primária misturada com o estoque de alimentação de hidrocarboneto pesado de acordo com pelo menos um parâmetro de operação selecionado do processo, tal como a temperatura da corrente de carga antes de entrar no tambor de carga.

Os processos ensinados pelas Patentes dos Estados Unidos Nos. 7.404.889, 7.550.642, e 7.138.047, todos têm a desvantagem de gerar um subproduto de óleo residual que tem que ser vendido ou processado em qualquer local.

Permanece aqui uma necessidade de se desenvolver processos eficientes que possam utilizar uma alimentação de hidrocarboneto pesado, tal como óleo bruto pesado para produzir olefinas e outros compostos petroquímicos com altos rendimentos (ver, por exemplo, pedido copendente número de série 12/952.592, depositado em 23 de novembro de 2010, número do documento 77-3009A, e pedido copendente número de série 12/952.731, depositado em 23 de novembro de 2010, número do documento 77-3011 A).

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Esta invenção é um processo para craqueamento de uma alimentação de hidrocarboneto pesado compreendendo uma etapa de vaporização, uma etapa de coqueificação, uma etapa de hidroprocessamento, e uma etapa de craqueamento de vapor. A alimentação de hidrocarboneto pe

6/19 sado é passada a uma primeira zona de uma unidade de vaporização para separar uma primeira corrente de vapor e uma primeira corrente de líquido. A primeira corrente de líquido é passada a uma segunda zona da unidade de vaporização e intimamente contatada com um vapor em contracorrente para produzir uma segunda corrente de vapor e uma segunda corrente de líquido. A primeira corrente de vapor e a segunda corrente de vapor são craquedas na seção radiante do craqueador de vapor para produzir um efluente creaqueado. A segunda corrente de líquido é termicamente craqueada em um tambor de coqueificação para produzir um efluente de coqueador e coque. O efluente de coqueador é separado em um gás do coqueador e um líquido do coqueador. O liquido do coqueador é reagido com hidrogênio na presença de um catalisador para produzir um produto hidroprocessado. O produto hidroprocessado é separado em um produto gasoso e em um produto líquido. O produto líquido é alimentado para a unidade de vaporização.

BREVE DESCRIÇÃO DO DESENHO

A FIG. 1 é um fluxograma de processo de uma concretização da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A invenção é um processo para craqueamento de vapor de uma alimentação de hidrocarboneto pesado para produzir etileno, propileno, olefinas C4, gasolina de pirólise, e outros produtos.

A alimentação de hidrocarboneto pesado pode compreender um ou mais de gás óleos, óleos de aquecimento, combustíveis de jato, diesel, querosenes, gasolinas, naftas sintéticas, reformados de rafinato, líquidos de Fischer-Tropsch, gases de Fischer-Tropsch, gasolinas naturais, destilados, naftas virgens, óleos brutos, condensados de gás natural, sedimentos de tubo atmosférico, correntes de tubo a vácuo incluindo sedimentos, nafta de faixa de ebulição ampla a condensados de gás óleo, correntes de hidrocarboneto não virgem pesado de refinarias, gás óleos a vácuo, gás óleos pesados, resíduo atmosférico, cera de hidrocraqueador, cera de Fischer-Tropsch, e similares. Uma alimentação de hidrocarboneto pesado preferida é um óleo bruto.

7/19

A alimentação de hidrocarboneto pesado compreende hidrocarbonetos com pontos de ebulição de pelo menos 565°C (hidrocarbonetos pesados). A quantidade de hidrocarbonetos pesados na alimentação é geralmente pelo menos 1% em peso, preferivelmente pelo menos 10% em peso, mais preferivelmente pelo menos 30% em peso.

Os termos hidrocarboneto ou hidrocarbonáceo se referem a materiais que são principalmente compostos de hidrogênio e átomos de carbono, mas podem conter outros elementos, tais como oxigênio, enxofre, nitrogênio, metais, sais inorgânicos, e similares.

O termo óleo bruto total, óleo bruto, petróleo bruto, ou bruto, se refere a um óleo líquido adequado para destilação, mas que não suporta qualquer destilação ou fracionamento. Óleo bruto geralmente contém quantidade significante de hidrocarbonetos e outros componentes que sofrem ebulição em ou acima de 565°C (1.050 °F ), e componentes que não sofrem ebulição, tais como asfaltenos ou alcatrão. Como tal, é difícil, se não impossível, proporcionar uma faixa de ebulição para o óleo bruto total.

O termo nafta se refere à mistura de hidrocarboneto inflamável tendo uma faixa de ebulição entre cerca de 30°C e cerca de 232°C, que é obtida de uma destilação de petróleo ou de alcatrão de carvão. A nafta é geralmente uma mistura de moléculas de hidrocarboneto tendo entre 5 e 12 átomos de carbono.

O termo nafta leve se refere a uma fração de hidrocarboneto tendo uma faixa de ebulição de entre 30°C e 90°C. Ela geralmente contém moléculas de hidrocarboneto tendo entre 5 a 6 átomos de carbono.

O termo nafta pesada se refere a uma fração de hidrocarboneto tendo uma faixa de ebulição de entre 90°C e 232°C. Ela geralmente contém moléculas de hidrocarboneto tendo entre 6 a 12 carbonos.

O termo processo de Fischer-Tropsch ou síntese de FischerTropsch se refere a um processo catalítico para conversão de uma mistura de monóxido de carbono e hidrogênio em hidrocarbonetos.

O termo resid atmosférico ou resíduo atmosférico se refere a uma borra de destilação obtida de um óleo bruto em uma refinaria. O resid

8/19 atmosférico obtido de uma destilação atmosférica é, às vezes, referido como resid longo ou resíduo longo. Para recuperar mais produto destilado, destilação adicional é efetuada a uma pressão reduzida e alta temperatura, referida como destilação a vácuo. O resíduo de uma destilação a vácuo é referido como um resid curto ou resíduo curto.

Os craqueadores de vapor tipicamente têm caixas de fornalha retangulares com tubos verticais localizados entre paredes refratárias radiantes. O craqueamento de vapor de hidrocarbonetos é efetuado em reatores tubulares. Os tubos são suportados a partir de sua parte superior. A chama da seção radiante é efetuada com queimadores montados na parede ou piso, ou uma combinação de ambos usando combustíveis gasosos ou gasosos/líquidos combinados. As caixas de fornalha estão tipicamente sob leve pressão negativa, muito frequentemente com fluxo ascendente de gás combustível. O gás combustível flui na seção de convecção por projeto natural e/ou aletas induzidas. Usualmente duas fornalhas de craqueamento compartilham uma pilha comum, e a altura do aquecedor pode variar de 30 a 50 metros. Os tubos radiantes são usualmente suspensos em um plano único abaixo do centro da caixa de fornalha. Eles podem ser alojados em um plano único, ou colocados paralelos em um arranjo de tubo de série dupla. A transferência de calor dos queimadores para os tubos radiantes ocorre grandemente por radiação; consequentemente o termo seção radiante, onde os hidrocarbonetos são aquecidos a uma temperatura de cerca de 760 a 843°C (1.400 a cerca de 1.550 °F) . Vários fornecedores de projeto incluindo ABB Lummus Global, Stone e Webster, Kellogg-Braun & Root, Linde, e KTI oferecem tecnologias de fornalha de craqueamento.

O efluente craqueado que deixa a seção radiante é rapidamente resfriado para impedir reação de moléculas mais leves em compostos mais pesados. Uma grande quantidade de calor é recuperada na forma de vapor de alta pressão, que pode ser usado na instalação de olefina, ou em qualquer local. A recuperação de calor é frequentemente efetuada pelo uso de trocadores de linha de transferência (TLE) que são conhecidos na técnica. O efluente resfriado é separado em produtos desejados, em uma seção de re

9/19 cuperação da instalação de olefina, por compressão em conjunto com condensação e fracionamento, incluindo hidrogênio, metano, etileno, propileno, hidrocarbonetos C4 brutos, gasolina de pirólise, e óleo combustível de pirólise. O termo gasolina de pirólise se refere a uma fração tendo uma faixa de ebulição de a partir de cerca de 38 a 204°C (100 a cerca de 400 °F ). O termo óleo combustível de pirólise se refere a uma fração tendo uma faixa de ebulição de a partir de cerca de 204°C (400 °F) para o ponto final, por exemplo, maior do que 649°C (1200 °F )

Coque é produzido como um subproduto que se deposita nas paredes interiores do tubo radiante, e menos frequentemente nas paredes interiores do tubo de convecção quando uma alimentação de gás, ou uma alimentação de líquido de alta qualidade que contém na maioria hidrocarbonetos voláteis leves, é usada. O coque depositado nas paredes do tubo do reator limita a transferência de calor aos tubos, aumenta a queda de pressão através da espira, e afeta a seletividade da reação de craqueamento. O termo coque se refere a qualquer sólido carbonáceo de alto peso molecular, e incluem compostos a partir da condensação de aromáticos polinucleares. Periodicamente, o craqueador tem que ser parado e limpo, que é denominado decoqueificação. Comprimentos de operação típicos são 25 a 100 dias entre decoqueificações. O coque também se deposita nos trocadores de linha de transferência.

Os craqueadores de vapor convencionais são efetivos para craqueamento de alimentações de líquido de alta qualidade, tais como gás óleo e nafta. Alimentações de hidrocarboneto pesado não podem ser economicamente craqueadas usando um craqueador de vapor convencional porque eles tendem a formar coque nos tubos de convecção e nos os tubos radiantes mais prontamente, que reduzem o comprimento de operação do craqueador.

O processo desta invenção compreende direcionar a alimentação de hidrocarboneto pesado a uma primeira zona de uma unidade de vaporização e separar a primeira corrente de vapor e uma primeira corrente de líquido. A unidade de vaporização tem duas zonas: uma primeira zona e uma

10/19 segunda zona. Na primeira zona, separação gás-líquido ocorre para formar uma primeira corrente de vapor e uma primeira corrente de líquido. A primeira corrente de vapor sai da primeira zona e entra na seção radiante do craqueador de vapor.

A alimentação de hidrocarboneto pesado pode ser preaquecida na zona de convecção do craqueador de vapor a uma temperatura de 177 a 204°C (350 a 400 °F ) a cerca de 103, 5 kPa a 689,5 kPa (15 a 100 psig) antes de a mesma entrar na unidade de vaporização. O vapor pode ser adicionado à alimentação de hidrocarboneto pesado antes do mesmo entrar na unidade de vaporização. Geralmente a primeira zona é mantida a uma temperatura de a partir de cerca de 177 a 204°C (350 a cerca de 400 °F ), e a uma pressão de 103, 5 kPa a 689,5 kPa (15 a 100 psig).

A primeira corrente de líquido entra na segunda zona da unidade de vaporização. Geralmente a segunda zona está localizada abaixo da primeira zona. Na segunda zona, o primeiro líquido é contatado com vapor em um modo em contracorrente de modo que pelo menos uma porção de componentes de hidrocarboneto é vaporizada. O vapor, preferivelmente a uma temperatura de a partir de cerca de 482 a 704°C (900 a cerca de 1300 °F ), entra na segunda zona e proporciona energia térmica adicional aos hidrocarbonetos líquidos na segunda zona que promove vaporização adicional dos hidrocarbonetos líquidos. Os hidrocarbonetos vaporosos formados na segunda zona (a segunda corrente de vapor), saem da unidade de vaporização e entram na seção radiante do craqueador de vapor. Os hidrocarbonetos líquidos remanescentes (a segunda corrente de líquido) saem da segunda zona a partir do fundo da unidade de vaporização. Tipicamente, a segunda zona é operada a uma temperatura de a partir de cerca de 260 a 482°C (500 a cerca de 900 °F ) e a pressão de a partir de cerca de 15 a cerca de 100 psig. A razão de peso de vapor alimentado para a segunda zona para a primeira corrente de líquido que entra na segunda zona, pode estar na faixa de cerca de 0,3:1 a cerca de 1:1.

A segunda corrente de líquido é termicamente craqueada para produzir um efluente de coqueador e coque. Esta etapa é denominada co

11/19 queificação, ou, às vezes, coqueificaçâo retardada. A coqueificação é um processo para decompor termicamente, sob pressão, moléculas de hidrocarboneto grandes para formar moléculas menores sem o uso de vapor ou catalisador. A coqueificação é usada para produzir hidrocarbonetos valiosos mais leves de estoques de alimentação de valor relativamente baixo, tal como resíduo pesado. A coqueificação é normalmente efetuada a temperaturas de a partir de cerca de 426 a 565°C (800 a cerca de 1050 °F ) a uma pressão de partir de cerca de 103, 5 kPa a 344,7 kPa (15 a cerca de 50 psig).

Em adição ao coque, a etapa de coqueificação produz um efluente de coqueador que é uma mistura de hidrocarbonetos destiláveis a uma ampla faixa de pesos moleculares, incluindo gases (tipicamente incluindo metano, etano, etileno, propano, propileno, butanos, butenos, hidrogênio, dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio, e similares), nafta, gás óleo leve, e um gás óleo pesado. O gás óleo pesado tipicamente tem uma faixa de ebulição de cerca de 343 a cerca de 565°C (650 a cerca de 1.050 °F ). O coque obtido é usualmente usado como combustível, mas usos especiais, tais como para produção de eletrodo e na produção de químicos e coque metalúrgico, são também possíveis.

O efluente de coqueador é separado em um gás do coqueador e um líquido do coqueador. Comumente isto é feito pelo resfriamento do efluente de coqueador a uma temperatura de cerca de 32 a 49°C (90 a cerca de 120 °F ) e sob uma pressão de cerca de 68,7 kPa a 344, 7 kPa (10 a cerca de 50 psig). O gás do coqueador geralmente contém metano, etano, etileno, propano, propileno, hidrogênio, dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio, e outros hidrocarbonetos. Preferivelmente, o gás do coqueador é passado à seção de recuperação da instalação de olefina para purificação adicional.

O líquido do coqueador é reagido com hidrogênio na presença de um catalisador para produzir um produto hidroprocessado. O termo hidroprocesso significa tratar uma corrente de hidrocarboneto com hidrogênio na presença de um catalisador. O hidroprocessamento inclui hidrocraqueamento e hidrotratamento. O termo hidrocraqueamento geralmente se refere à quebra de material de alto peso molecular em material de peso mo

12/19 lecular mais baixo. Hidrocraquear significa dividir uma molécula orgânica com hidrogênio aos fragmentos moleculares resultantes para formar duas ou mais moléculas orgânicas menores.

O hidrocraqueamento do líquido do coqueador pode ser conduzido de acordo com métodos convencionais conhecidos na técnica. As condições típicas de hidrocraqueamento são descritas, por meio de exemplo, na Patente dos Estados Unidos No. 6.179.995, os conteúdos da qual são aqui incorporados por referência em sua totalidade. Tipicamente, o hidrocraqueamento é efetuado pelo contato do líquido do coqueador com hidrogênio na presença de um catalisador de hidrocraqueamento adequado a uma temperatura na faixa de a partir de cerca de 316 a 482°C (600 a cerca de 900 F ), preferivelmente cerca de 343 a 454°C (650 a cerca de 850 °F ), e a uma pressão na faixa de a partir de cerca de (200 a cerca de 4000 psig), preferivelmente cerca de (500 a cerca de 3000 psia), e a uma velocidade espacial de a partir de cerca de 0,1 a cerca de 10 h^_1, preferivelmente cerca de 0,25 a cerca de 5 h^_1. Um catalisador adequado para hidrocraqueamento geralmente compreende um componente de craqueamento, um componente de hidrogenação, e um ligante. Catalisadores de hidrocraqueamento são bem conhecidos na técnica. O componente de craqueamento pode incluir uma sílica-alumina amorfa e/ou a zeólito, tal como um zeólito tipo Y ou um zeólito USY O ligante é geralmente sílica ou alumina. O componente de hidrogenação pode ser um metal do Grupo VI, Grupo VII, ou Grupo VIII, preferivelmente um ou mais de molibdênio, tungstênio, cobalto, ou níquel. Se presente no catalisador, estes componentes de hidrogenação geralmente compõem a partir de cerca de 5% a cerca de 40% por peso do catalisador. Alternativamente, um metal do grupo de paládio, por exemplo, platina ou paládio, pode estar presente como o componente de hidrogenação, ou sozinho ou em combinação com os componentes de hidrogenação de metal base molibdênio, tungstênio, cobalto, ou níquel. Se presente, os metais do grupo de paládio geralmente compõem a partir de cerca de 0,1% a cerca de 2% por peso do catalisador.

O termo hidrotratar se refere à saturação de uma dupla ligação

13/19 carbono-carbono (por exemplo, em uma olefina ou aromáticos), ou uma tripla ligação carbono-carbono, e remoção de heteroátomos (por exemplo, oxigênio, enxofre, nitrogênio) de compostos heteroatômicos. As condições típicas de hidrotratamento são bem conhecidas àqueles técnicos no assunto e são descritas em, por meio de exemplo, na Patente dos Estados Unidos No. 6,179,995, os conteúdos da qual são aqui incorporados por referência em sua totalidade. As condições de hidrotratamento incluem uma temperatura de reação de entre cerca de 204 e 482°C (400 e cerca de 900°F ), preferivelmente cerca de 343 a 454°C (650 a cerca de 850°F (); uma pressão entre cerca de 3447,3 kPa a 34473, 7 kPa (500 e cerca de 5000 psig) (34 e 340 atm), preferivelmente cerca de (1000 a cerca de 3000 psig) (68 a 204 atm); e uma velocidade espacial frequente líquida (LHSV) de cerca de 0,5 h~¹ a cerca de 20 h^_1. Um catalisador de hidrotratamento adequado compreende um metal do Grupo VI e um metal do Grupo VIII suportado em um transportador refratário poroso tal como alumina. Exemplos de catalisadores de hidrotratamento são cobalto-molibdênio suportado em alumina, níquel-tungstênio, cobalto-tungstênio e níquel-molibdênio. Tipicamente, os catalisadores de hidrotratamento são pré-sulfetos.

Um produto hidroprocessado produzido de hidrocraqueamento e/ou hidrotratamento é separado em um produto hidroprocessado gasoso e um produto hidroprocessado líquido. O produto hidroprocessado de gás geralmente contém hidrogênio, sulfeto de hidrogênio, amônia, água, metano, etano, etileno, propano, propileno, dióxido de carbono, e outros hidrocarbonetos. Preferivelmente, o produto hidroprocessado gasoso é passado à seção de recuperação da instalação de olefina para purificação adicional.

O produto hidroprocessado líquido é alimentado à unidade de vaporização. Dependendo da temperatura do produto hidroprocessado, ele pode ser combinado com a alimentação e adicionalmente aquecido na seção de convecção do craqueador, ou diretamente alimentado à unidade de vaporização.

O produto hidroprocessado líquido tipicamente tem um teor de hidrogênio de a partir de cerca de 13 a 15% em peso, que é cerca de 1 a

14/19 cerca de 3% em peso mais alto do que do produto principal antes do tratamento de hidroprocessamento. O teor de hidrogênio mais alto ajuda a aperfeiçoar a seletividade para olefinas inferiores no craqueamento de vapor, produzindo, desse modo, mais etileno e propileno, e menos químicos de grau de combustível. Em adição, o hidrocraqueamento reduz o peso molecular médio e reduz o teor de aromático, que reduz a coqueificação nos tubos de convecção e nos tubos radiantes. O hidrotratamento reduz os teores de enxofre, nitrogênio, e oxigênio do produto de hidrocarboneto. O hidrotratamento pode também saturar hidrocarbonetos aromáticos polinucleares e, portanto, reduzir a coqueificação.

O processo produz um efluente craqueado na seção radiante da fornalha, que é processado por técnicas para produzir produtos, tais como hidrogênio, etileno, propileno, gasolina de pirólise, e óleo combustível de pirólise. Pode ser desejável craquear termicamente o óleo combustível de pirólise na mesma etapa de coqueificação para produzir alimentação adicional para craqueamento de vapor. Por exemplo, o óleo combustível de pirólise pode ser misturado com a segunda corrente de líquido a partir da unidade de vaporização para formar uma corrente combinada, que é termicamente craqueada na etapa de coqueificação.

A Fig. 1 é um fluxograma de processo de uma concretização da invenção. Uma alimentação de óleo bruto 1 é passada través de uma zona preaquecida A da seção de convecção da fornalha 101. A alimentação de óleo bruto é, em seguida, passada, via linha 2, para a unidade de vaporização 102, que inclui uma zona superior (a primeira zona) 11 e uma zona inferior (a segunda zona) 12. Vapores de hidrocarboneto que são associados com a alimentação preaquecida conforme recebidos pela unidade 102, e vapores adicionais formados na zona 11, são removidos da zona 11 por meio da linha 4 como a primeira corrente de vapor.

O hidrocarboneto líquido (a primeira corrente de líquido) que não é vaporizado na zona 11 se move, na linha 3, para o interior superior da zona 12. As zonas 11 e 12 são separadas de comunicação de fluido entre si por uma parede impermeável 9, que, por exemplo, pode ser uma bandeja

15/19 sólida. A linha 3 representa o fluido externo em comunicação de fluxo descendente entre as zonas 11 e 12. Se desejado, as zonas 11 e 12 podem ter comunicação de fluido interna entre elas pela modificação da parede 9 para ser pelo menos em parte permeável á líquido para permitir que o líquido na zona 9 passe abaixo no interior superior da zona 12, e o vapor na zona 12 passe acima no interior inferior da zona 11.

Por qualquer que seja o meio, a primeira corrente de líquido se move da zona 11 para a zona 12, ela se move descendentemente no interior superior da zona 12, e encontra preferivelmente pelo menos um dispositivo de distribuição de líquido 6. O dispositivo 6 constantemente distribui líquido através da seção transversal transversa da unidade 102, de modo que o escoamento descendentemente do líquido se espalha uniformemente através da largura da torre antes que ele contate o leito 10. Dispositivos de distribuição de líquido adequados incluem placas perfuradas, distribuidores, bandejas de fluxo duplas, bandejas de chaminé, bocais de pulverização, e similares.

O leito 10 se estende através da seção transversal transversa total da unidade 102 com nenhuma trajetória vertical aberta ou condutos através de um líquido pode escoar não impedido pelo leito 10. Desse modo, o escoamento descendente do líquido não pode escoar a partir da parte superior para o fundo da segunda zona 12 sem ter que passar através do leito 10. Preferivelmente, o leito 10 contém materiais de acondicionamento e/ou bandejas para promover mistura íntima de liquido e vapor na segunda zona.

O vapor de diluição primário, gerado pelo preaquecimento de um vapor de baixa temperatura na linha 23 pela zona B, é introduzido na porção inferior da zona 12 abaixo do leito 10, via linha 13. A primeira corrente de líquido a partir da primeira zona 11, entra na segunda zona 12, via linha 3, passa no distribuidor de líquido 6, se move descendentemente na zona 12, e se mistura intimamente com o vapor no leito 10. Como um resultado, hidrocarbonetos de vapor adicionais (a segunda corrente de vapor) são formados na zona 12. O vapor recentemente formado, junto com o vapor de diluição, é removido da zona 12, via linha 5, e combinado com o vapor na linha 4, para

16/19 formar uma corrente de vapor de hidrocarboneto na linha 7. A corrente na linha 7 contém todos os vapores de hidrocarboneto (a primeira corrente de vapor e a segunda corrente de vapor) gerada na unidade de vaporização da alimentação 1 e vapor alimentado para a unidade de vaporização.

Os vapores de hidrocarboneto e vapor a partir da unidade de vaporização são passados através de uma zona preaquecida C na zona de convecção da fornalha 101, adicionalmente aquecidos a uma temperatura mais alta, e entram nos tubos radiantes na seção radiante D da fornalha 101. Na seção radiante D, os hidrocarbonetos vaporosos são craqueados.

Os hidrocarbonetos líquidos remanescentes (a segunda corrente de líquido) na zona 12 saem da unidade de vaporização 102 a partir do fundo, e são aquecidos (não mostrado na Fig. 1), e alimentados para uma zona de coqueificação 103, onde eles são termicamente craqueados para formar um efluente de coqueador e coque. O coque é removido, via linha 15. O efluente de coqueador é resfriado e separado na zona 104 em um gás do coqueador (tipicamente contendo metano, etano, etileno, propano, propileno, butanos, butenos, hidrogênio, dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio, e similares) na linha 17 e um líquido do coqueador. O gás do coqueador na linha 17 é opcionalmente passado para a seção de recuperação da instalação de olefina para purificação.

O líquido do coqueador entra na zona de hidroprocessamento 105, via linha 18. O hidrogênio é adicionado à zona de hidroprocessamento 105, via linha 19. O produto hidroprocessado na linha 20 é resfriado na zona 106 e separado em um produto hidroprocessado gasoso na linha 21 e um produto hidroprocessado líquido na linha 22. O produto hidroprocessado líquido é combinado com a alimentação 1. O produto hidroprocessado gasoso na linha 21 é opcionalmente passado para a seção de recuperação da instalação de olefina para purificação.

Esta invenção separa eficientemente uma alimentação de hidrocarboneto pesado em correntes de vapor e a segunda corrente de líquido. A segunda corrente de líquido é adicionalmente termicamente craqueada em moléculas menores de hidrocarboneto em uma etapa de coqueificação. O

17/19 hidroprocessamento do líquido do coqueador efetua craqueamento adicional das moléculas de hidrocarboneto, remove enxofre, nitrogênio e oxigênio a partir do líquido do coqueador, e satura as moléculas aromáticas polinucleares, produzindo, desse modo, alimentação adicional para a etapa de craqueamento de vapor. O gás do coqueador e o produto hidroprocessado gasoso podem ambos ser processados na seção de recuperação da instalação de olefina. O processo produz olefinas leves, tais como etileno, propileno, e outros intermediários petroquímicos úteis, diretamente de uma alimentação de hidrocarboneto pesado, tal como um óleo bruto, sem a necessidade de uma operação do tipo refinaria.

EXEMPLO

A Fig. 1 ilustra um processo de craqueamento de vapor em uma instalação de olefina, de acordo com esta invenção. Um óleo bruto conhecido como bruto Arab Heavy é alimentado via linha 1 para preaquecer a zona A da seção de convecção da fornalha de pirólise 101 a uma taxa de 87.000 Ib/h a temperatura e pressão ambientes. O produto bruto pesado contém cerca de 31% em peso de hidrocarbonetos que entram em ebulição a uma temperatura maior do que 565°C (1.050 °F ), incluindo asfaltenos e alcatrão. Na seção de convecção, a alimentação é aquecida a cerca de 393°C (740 °F ) a cerca de 413,7 kPa (60 psig), e, em seguida, passada, via linha 2, na zona superior 11 da unidade de vaporização 102. Na zona 11, uma mistura de vapores de gasolina e nafta é formada a cerca de 177°C (350 °F ) e (60 psig), que é separada a partir do líquido remanescente. Os vapores separados são removidos a partir da zona 11, via a linha 4.

O líquido de hidrocarboneto remanescente na zona 11, é transferido para a zona inferior 12, via linha 3, e cai descendentemente na zona 12 em direção ao fundo da unidade 102. Vapor preaquecido a cerca de 549°C (1.020 °F ) é introduzido na porção de fundo da zona 12 a uma taxa de 30.000 Ib/h, via linha 13, para dar uma razão de peso de vapor para hidrocarboneto de cerca de 0,6:1 na seção 12. As gotículas de líquido de hidrocarboneto que caem na zona 12 são contatadas com o vapor que se eleva através do leito de acondicionamento 10.

18/19

Uma mistura gasosa de vapor e hidrocarbonetos a cerca de 800 F (426°C) é retirada de perto da parte superior da zona 12, via linha 5, e misturada com os vapores removidos da zona 11, via linha 4, para formar uma mistura combinada de vapor-vapor de hidrocarboneto na linha 7. A mistura na linha 7 tem uma razão de peso de vapor para hidrocarboneto de cerca de 0,5:1. Esta mistura é preaquecida na zona C, e introduzida na zona D da seção radiante a uma taxa de fluxo total de 90.000 Ib/h para craqueamento térmico a uma temperatura na faixa de 1.450 F a 1.550 F (788 a 843°C). Os produtos craqueados são removidos por meio da linha 14 para processamento de corrente descendente na seção de recuperação (não mostrada na Fig. 1) da instalação de olefina.

O óleo residual da zona 12 é removido da unidade 102 a uma taxa de 3x 0,003 kg/s(27.000 Ib/h) a uma temperatura de cerca de 600 F (315°C) e a pressão de cerca de 482,6 kPa (70 psig), via linha 8, aquecido a uma temperatura de cerca de 482°C (900 °F ), e passado a um tambor de coqueificação 103, que é operado a uma temperatura de cerca de 482°C (900 °F ) e uma pressão de cerca de 60 psig. Cerca de 32% do óleo residual é convertido em coque.

Um efluente de coqueador formado no tambor de coqueificação 103 é removido, via linha 16, a uma taxa de 18.500 Ib/h. O efluente de coqueador contém cerca de 6,8% em peso de gases, cerca de 19,5% em peso de nafta, cerca de 27,7% em peso de óleo leve do gás do coqueador, e cerca de 13,5% em peso de óleo pesado do gás do coqueador. O efluente de coqueador é resfriado a uma temperatura de cerca de 120 F, e como um resultado, separado em um gás do coqueador e em um líquido do coqueador. O gás do coqueador na linha 17 é passado para a seção de recuperação da instalação de olefina. O líquido do coqueador é hidroprocessado com hidrogênio na zona 104 na presença de um catalisador Ni-Mo. A reação de hidroprocessamento é efetuada a uma temperatura de cerca de 260°C a 316 °C (500 a 600°F), a uma pressão de cerca de 13789,5 kPa (2000 psig), e a uma velocidade de espaço frequente de peso de cerca de 2 h'¹ para formar um produto hidroprocessado. O produto hidroprocessado é resfriado a uma

19/19 temperatura de cerca de 120 F na zona 106, onde um produto gasoso é separado de um produto líquido. O produto líquido é combinado com a alimentação 1, via linha 21. O produto gasoso é passado, via linha 22, para a seção de recuperação da instalação de olefina para purificação adicional.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para craqueamento de uma alimentação de hidrocarboneto pesado em um craqueador de vapor tendo uma seção de convecção e uma seção radiante, o processo caracterizado pelo fato de que compreende:

(a) passagem da alimentação de hidrocarboneto pesado em uma primeira zona de uma unidade de vaporização, e separação da alimentação em uma primeira corrente de vapor e uma primeira corrente de líquido na primeira zona;

(b) passagem da primeira corrente de líquido para uma segunda zona da unidade de vaporização e contato da primeira corrente de líquido com vapor em contracorrente na segunda zona da unidade de vaporização, de modo que a primeira corrente de líquido se mistura intimamente com o vapor para produzir uma segunda corrente de vapor e uma segunda corrente de líquido;

(c) craquear com vapor a primeira corrente de vapor e a segunda corrente de vapor na seção radiante do craqueador de vapor para produzir um efluente craqueado;

(d) craquear termicamente a segunda corrente de líquido para produzir um efluente do coqueador e coque;

(e) separar o efluente do coqueador em um gás do coqueador e um líquido do coqueador;

(f) hidroprocessar o líquido do coqueador para produzir um produto hidroprocessado;

(g) separar o produto hidroprocessado em um produto hidroprocessado gasoso e um produto hidroprocessado líquido;

(h) passar o produto hidroprocessado líquido para a unidade de vaporização.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a alimentação de hidrocarboneto pesado compreende pelo menos 1% em peso de hidrocarbonetos com pontos de ebulição de pelo menos 560°C.

2/2
3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a alimentação de hidrocarboneto pesado compreende pelo menos 10% em peso hidrocarbonetos com pontos de ebulição de pelo menos 560°C.
4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a alimentação de hidrocarboneto pesado é aquecida a 177 a 204X3 na seção de convecção do craqueador de vapor antes da mesma entrar na primeira zona da unidade de vaporização.
5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira zona da unidade de vaporização está a uma temperatura de a partir de 177 a 204X3 e a uma pressão de 103, 5 kPa a 689,5 kPa (15 a 100 psig).
6. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o vapor em contracorrente está a uma temperatura de a partir de 482 a 704X3 e a uma pressão de 103, 5 kPa a 689,5 k Pa (15 a 100 psig).
7. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda zona da unidade de vaporização está a uma temperatura de a partir de 260 a 482X3 e a uma pressão de 103, 5 kPa a 689,5 kPa (15 a 100 psig).
8. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda corrente de líquido é termicamente craqueada a uma temperatura de a partir de 399 a 538X3 e a uma pressão de 137,9 kPa a 689,5 kPa (20 a 100 psig).
9. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente passar o gás do coqueador em uma seção de recuperação de uma instalação de olefina.
10. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente passar o produto hidroprocessado gasoso em uma seção de recuperação de uma instalação de olefina.
11. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente separar um óleo combustível de pirólise a partir do efluente creaqueado e passar o óleo combustível de pirólise para etapa (d).