BR112015007671B1

BR112015007671B1 - processo para produzir combustíveis de hidrocarbonetos a partir da biomassa e hidrocarboneto combustível

Info

Publication number: BR112015007671B1
Application number: BR112015007671-8A
Authority: BR
Inventors: Terry L. Marker; Larry G. Felix; Michael J. Roberts; Martin B. Linck
Original assignee: Gas Technology Institute
Priority date: 2012-10-04
Filing date: 2013-10-01
Publication date: 2020-10-27
Also published as: JP6228609B2; RU2015116460A; MX360875B; AU2016256807B2; EP2904073A4; AU2013327484A1; CA2887334A1; ES2869913T3; RU2619938C2; AR093774A1; KR20170081713A; EP2904073B1; CL2015000846A1; KR20150058482A; MX2015004354A; JP2015530476A; EP2904073A1; US20140100395A1; CA2887334C; PL2904073T3

Abstract

PRODUÇÃO DE COMBUSTÍVEIS FRACIONADOS E APRIMORADOS A PARTIR DA BIOMASSA Processamento de estágios múltiplos de biomassa para produzir pelo menos duas correntes de combustível fungível separadas, uma dominada por líquidos na faixa do ponto de ebulição da gasolina e a outra por líquidos na faixa do ponto de ebulição de diesel. O processamento envolve hidrotratar a biomassa para produzir um produto de hidrotratamento incluindo um produto de hidrocarboneto desoxigenado de materiais na faixa de ebulição da gasolina e diesel, seguido por separação de cada um dos materiais na faixa de ebulição da gasolina e diesel do produto de hidrotratamento e um do outro.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS

[OO1]Este pedido reivindica o benefício de prioridade do Pedido U.S. Serial N2 13/644.984, depositado em 4 de Outubro de 2012, a divulgação do qual é por meio desta incorporada por referência em sua totalidade.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO Campo da Invenção

[002]Esta invenção refere-se a um processo integrado para transformar termo- quimicamente a biomassa diretamente em combustíveis líquidos fracionados e apri-morados, particularmente combustíveis de hidrocarbonetos, tais como materiais na faixa do ponto de ebulição de gasolina e diesel, por exemplo.

Descrição da Técnica Relacionada

[003]A pirólise convencional da biomassa, tipicamente pirólise rápida, não utiliza ou requer H2 ou catalisadores e produz um produto líquido reativo, ácido, denso que contém água, óleos, e carvão animal formados durante o processo. No processamento de pirólise típico, carvão animal e cinzas são intercombinados ou intermistu- rados. Portanto, daqui em diante referências a carvão animal devem ser entendidas como referindo-se a um material que inclui ou pode incluir carvão animal e cinza in- tercombinada ou intermisturada. Porque a pirólise rápida é o mais tipicamente reali-zada em uma atmosfera inerte, muito do oxigênio presente na biomassa é transportado nos óleos produzidos na pirólise, que aumenta sua reatividade química. Os líquidos instáveis produzidos por pirólise convencional tendem a espessar com o passar do tempo e também podem reagir a um ponto onde fases hidrofílicas e hidrofóbi- cas formam. A diluição de líquidos de pirólise com metanol ou outros álcoois mostrou reduzir a atividade e viscosidade dos óleos, mas este método não é considerado como sendo prático ou economicamente viável, porque quantidades grandes de álcool irrecuperável seriam necessárias para estabilizar e transportar quantidades grandes de líquidos de pirólise.

[004]Na pirólise convencional realizada em um ambiente inerte, o produto líquido ácido miscível em água é altamente oxigenado e reativo. Óleos de pirólise convenci-onal são caracterizados por números de ácido totais (TAN) na faixa de 100 a 200, estabilidade química baixa para polimerização, incompatibilidade com hidrocarbone-tos de petróleo devido à miscibilidade em água, teor de oxigênio muito alto, na ordem de cerca de 40 % em peso, e um valor de aquecimento baixo. Como um resultado, a estabilização, transporte, e utilização de líquidos derivados da pirólise são problemáticos e é difícil aprimorar este produto a um combustível líquido devido às reações retrógradas que tipicamente ocorrem na pirólise convencional e na pirólise rápida convencional. Além disso, a separação do carvão animal gerado pela pirólise convencional do produto de pirólise líquido apresenta um desafio técnico significante devido às quantidades grandes de oxigênio e radicais livres nos vapores de pirólise que permanecem altamente reativos em um estado de vapor e formam um material semelhante a piche quando elas entram em contato íntimo com partículas de carvão animal na superfície de um filtro de barreira. Consequentemente, filtros usados para separar o carvão animal dos vapores de pirólise quentes tendem a ligar rapidamente devido às reações de carvão animal e óleos instáveis que ocorrem sobre e dentro da camada do carvão animal separado na superfície do filtro.

[005]O aprimoramento de óleos de pirólise produzidos por pirólise rápida conven-cional por intermédio de hidroconversão consume quantidades grandes de H2 e as condições de processo extremas o toma não econômico. Também, as reações em tal processamento são inerentemente fora de equilíbrio em que, devido às pressões altas necessárias, mais água é formada do que o processo requer enquanto mais H2 é consumido do que é produzido pelo processo. Isto leva, em parte, a uma necessi- dade para uma fonte externa de H2. Em um processo balanceado, todo o hidrogênio requerido pelo processo é produzido pelo processo e a água produzida pelo processo é em grande parte consumida. Além disso, quando do aprimoramento do óleo de pirólise convencional, reatores de hidroconversão frequentemente plugam devido a precursores de coque presentes nos óleos de pirólise ou do coque produzido como um resultado do processo de hidroconversão catalítica.

[006]Em geral, a hidropirólise é um processo de pirólise catalítico realizado na presença de hidrogênio molecular. A hidropirólise pode ser um nome inadequado em que ela pode ser tomada como sendo um processo aquoso. Entretanto, para aqueles habilitados na técnica, o contexto do processo fornece clareza suficiente para evitar tal concepção errônea. Tipicamente, o objetivo de processos de hidropirólise convencionais foi maximizar o rendimento líquido em uma única etapa. Entretanto, em um caso conhecido, uma reação de segundo estágio foi adicionada, o objetivo da qual foi maximizar o rendimento de hidrocarboneto enquanto mantendo remoção de oxigênio alta. Entretanto, até este método compromete a economia, porque pressões internas excessivas são necessárias junto com uma fonte externa de H2.

[007]Por causa de tais ineficiências, interesse significante permanece na produção econômica de combustíveis de hidrocarbonetos a partir da biomassa, particularmente, materiais na faixa do ponto de ebulição de gasolina e diesel.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[008]A presente invenção fornece um processo integrado novo e compacto para a produção direta de combustíveis líquidos fracionados, particularmente combustíveis de hidrocarbonetos aprimorados ou de alta qualidade, a partir da biomassa. Este processo distingue por si só de outros processos de biomassa-para-combustíveis por seu nível de integração, economia do processo como estabelecido por análises tecno-econômicas e de ciclo de vida independentes, faixa ampla de matérias-primas, e qualidade do produto acabado.

[009]De acordo com um aspecto, um processo para produzir diretamente com-bustíveis de hidrocarbonetos fracionados e aprimorados a partir da biomassa é for-necido em que a biomassa é hidrotratada em condições de reação de hidrotratamento para produzir um produto hidrotratado que inclui um produto de hidrocarboneto substancialmente ou completamente desoxigenado incluindo materiais na faixa do ponto de ebulição de gasolina e diesel. O processamento de hidrotratamento envolve hidropirolisar a biomassa em um reator, preferivelmente um reator de leito fluido borbulhante, contendo hidrogênio molecular e um catalisador de desoxigenação e adição de hidrogênio em condições de reação de hidropirólise para produzir um pro-duto de hidropirólise de hidrocarboneto substancialmente ou completamente desoxi-genado compreendendo carvão animal e vapores. Como com pirólise e pirólise rápida, na hidropirólise, carvão animal e cinza são tipicamente intercombinados ou in- termisturados. Portanto, daqui em diante referências a carvão animal produzido em hidropirólise devem ser entendidas como geralmente referindo-se a um material que inclui ou pode incluir tanto carvão animal quanto cinza intermisturada ou intercombi- nada. Hidrocarbonetos desoxigenados são não reativos mesmo quando adsorvidos em carvão animal e assim o carvão animal pode ser facilmente separado de vapores de gasolina e na faixa do ponto de ebulição de diesel por filtração de barreira con-vencional, ou por intermédio de outras formas de tecnologias de separação gás- partícula tal como conhecido àqueles habilitados na técnica. Subsequentemente, todo ou pelo menos uma porção substancial do carvão animal é separado do produto de hidropirólise de hidrocarboneto desoxigenado para produzir um produto de hi-dropirólise isento de carvão animal e partícula. O produto hidrotratado depois é pro-cessado para separar e aprimorar cada uma das frações de gasolina e na faixa do ponto de ebulição de diesel do produto hidrotratado e um do outro.

[010]De acordo com outras formas de realização específicas e particulares, o processamento adequado para a produção direta de combustíveis de hidrocarbone- tos fracionados e aprimorados a partir da biomassa pode incluir um ou mais dos as-pectos seguintes: uma porta de reposição para introduzir o catalisador fresco, usado, ou revita-lizado no reator e localizado em um ponto conveniente ao longo do comprimento do reator, usualmente, mas não necessariamente na parte inferior do reator; pelo menos um da materiais na faixa do ponto de ebulição de gasolina e diesel separados é ainda quimicamente e/ou cataliticamente aprimorado; a fração na faixa do ponto de ebulição da gasolina separada é cataliticamente aprimorada em condições de aprimoramento de gasolina catalítico para formar um produto de gasolina aprimorado; a fração na faixa do ponto de ebulição de diesel separada é tratada para produzir um produto de diesel de teor de enxofre ultrabaixo; o tratamento da fração na faixa do ponto de ebulição de diesel separada para produzir um produto de diesel de teor de enxofre ultrabaixo envolve tratar a fração na faixa do ponto de ebulição de diesel separada em um reator de leito de goteja- mento de diesel com teor de enxofre ultrabaixo; onde o tratamento por intermédio de um reator de leito de gotejamento de diesel com teor de enxofre ultrabaixo produz uma corrente de produto que inclui principalmente diesel com teor de enxofre ultrabaixo e alguma gasolina residual, o processo adicionalmente envolve separar pelo menos uma porção da gasolina residual do diesel com teor de enxofre ultrabaixo; o produto de hidrotratamento adicionalmente inclui frações gasosas e aquosas que são separadas deste; a fração na faixa do ponto de ebulição da gasolina e a fração gasosa são separadas simultaneamente do produto de hidrotratamento e são submetidas ao aprimoramento de gasolina catalítico em condições de aprimoramento de gasolina catalítico para formar um produto de aprimoramento de gasolina catalítico incluindo gasolina cataliticamente aprimorada e uma fração gasosa, com o processo ainda adicionalmente envolvendo separar o produto gasoso da gasolina cataliticamente aprimorada; separar o hidrogênio do produto de aprimoramento de gasolina catalítico an-tes da separação de outros componentes gasosos deste; separar o produto gasoso da gasolina cataliticamente aprimorada envolve processar o dito produto de aprimoramento de gasolina catalítico por intermédio de um leito sorvente eficaz para absorver a gasolina cataliticamente aprimorada; separar o produto gasoso da gasolina cataliticamente aprimorada envolve processar o produto de aprimoramento de gasolina catalítico por intermédio de um absorvedor de hidrocarboneto para produzir uma corrente de efluente gasoso e uma corrente rica em gasolina; o hidrotratamento inclui ainda hidroconverter o produto de hidropirólise isen-to de carvão animal e partícula em um reator de hidroconversão usando um catali-sador de hidroconversão em condições de reação de hidroconversão para produzir o produto de hidrocarboneto desoxigenado incluindo frações na faixa do ponto de ebu-lição de gasolina e diesel; pelo menos uma porção da fração na faixa do ponto de ebulição de diesel separada é adicionada ao produto de hidropirólise isento de carvão animal e partícula; e pelo menos uma porção da separado fração na faixa de ebulição de diesel é recirculada ao reator de hidropirólise.

[011]Um processo para produzir diretamente combustíveis de hidrocarbonetos fracionados e aprimorados a partir da biomassa de acordo com um outro aspecto envolve hidropirolisar a biomassa em um vaso do reator contendo hidrogênio mole-cular e um catalisador de desoxigenação e adição de hidrogênio. Tal hidropirólise produz um produto de hidropirólise incluindo um gás de hidropirólise compreenden- do os gases CO2, CO e C1-C3, um líquido de hidropirólise parcialmente desoxigena- do, água e carvão animal. Como o catalisador dentro do reator é suprimido por atrito ou desativação, provisão é feita para adicionar uma corrente de reposição de catali-sador fresco, usado, ou revitalizado localizado em um ponto conveniente ao longo do comprimento do reator, usualmente, mas não necessariamente na parte inferior do reator. Todo ou pelo menos uma porção substancial do carvão animal é subse-quentemente removido pelo menos do líquido de hidropirólise parcialmente desoxi- genado para formar um líquido de hidropirólise parcialmente desoxigenado substan-cialmente livre de carvão animal e partícula. O líquido de hidropirólise parcialmente desoxigenado substancialmente livre de carvão animal e partícula é hidroconvertido em um vaso do reator de hidroconversão usando um catalisador de hidroconversão na presença do gás de hidropirólise para produzir um líquido de hidrocarboneto de-soxigenado e hidrogenado incluindo frações na faixa do ponto de ebulição de gasoli-na e diesel, uma mistura gasosa compreendendo CO, CO2, gases de hidrocarboneto leve (C1-C3) e água. Pelo menos uma porção da mistura gasosa é vapor reformado usando água produzida em pelo menos uma das etapas de hidropirólise e hidrocon-versão para produzir hidrogênio molecular reformado. Pelo menos uma porção do hidrogênio molecular reformado é subsequentemente introduzida no vaso do reator. Cada uma das frações na faixa do ponto de ebulição de gasolina e diesel é separada do líquido de hidrocarboneto desoxigenado e uma da outra.

[012]Como usado aqui, o termo “biomassa” refere-se ao material biológico deri-vado de organismos vivos ou mortos e inclui materiais lignocelulósicos, tais como madeira, resíduos de terras florestais e agrícolas, materiais aquáticos, tais como algas, plantas aquáticas, algas marinhas, e subprodutos e resíduos de animais, tais como víscera, gorduras, e lama de depuração, ou qualquer combinação destes ou outras formas de biomassa. Em um aspecto, esta invenção refere-se a um processo de hidropirólise de estágios múltiplos para a produção direta de uma variedade de combustíveis líquidos de alta qualidade, particularmente combustíveis de hidrocar-bonetos aprimorados, a partir da biomassa.

[013]Como usado aqui, referências à separação ou remoção de “substancialmente todo” um material ou componente especificamente identificados e referências cor-respondentes a um produto ou corrente “substancialmente livre” de um material ou componente especificamente identificados devem ser entendidas como geralmente correspondendo à remoção de pelo menos 95 por cento, preferivelmente pelo menos 99 % do material ou componente especificamente identificados tal que menos do que 5 %, preferivelmente menos do que 1 % de tal material ou componente es-pecificamente identificados permanece. Aqueles habilitados na técnica e guiados pelos ensinamentos aqui fornecidos avaliarão que referências à separação ou remoção de “substancialmente todo” um material ou componente especificamente identifi-cados e correspondentemente um produto ou corrente “substancialmente livres” de um material ou componente especificamente identificados, em pelo menos algumas formas de realização particulares, refere-se a um tal produto ou corrente como tendo não mais do que quantidades traços ou residuais do material ou componente especi-ficamente identificados.

[014]Do mesmo modo, como usado aqui, referências à separação ou fracionamento de produtos na faixa do ponto de ebulição de “gasolina” e “diesel” a partir de um líquido de hidropirólise parcialmente desoxigenado substancialmente livre de carvão animal e partícula não referem-se à produção de duas frações simples dos líquidos de hidrocarboneto produzidos neste processo que não são subsequentemente modificados pelas práticas familiares àqueles habilitados nesta técnica em combustíveis de gasolina e diesel acabados. Assim, seguindo-se o método mostrado aqui, aqueles habilitados na técnica perceberão que outras frações podem ser isoladas e acabadas em, por exemplo, querosene e combustível de jato.

[015]Além disso, como usado aqui os termos “ULSD” e “diesel com teor de enxo- fre ultrabaixo” são usados para descrever o combustível diesel com teor de enxofre substancialmente diminuído. Como de 2006 e 2007, quase todo o combustível diesel com base em petróleo disponível na Europa e América do Norte é de um tipo de ULSD. Como usado aqui e correntemente nos Estados Unidos, o teor de enxofre permissível para ULSD é 15 ppmw.

[016]Outros objetivos e vantagens estarão evidentes àqueles habilitados na técnica a partir da descrição detalhada seguinte tomada em combinação com as reivindi-cações e desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[017]Estes e outros objetivos e características desta invenção serão mais bem entendidos a partir da descrição detalhada seguinte tomada em combinação com os desenhos em que:

[018]A FIG. 1 é um diagrama de fluxo esquemático de um processo para produzir combustíveis de hidrocarbonetos a partir da biomassa de acordo com uma forma de realização da invenção e envolvendo destilação parcial de hidrocarbonetos;

[019]A FIG. 2 é um diagrama de fluxo esquemático de um processo para produzir combustíveis de hidrocarbonetos a partir da biomassa de acordo com uma outra forma de realização da invenção, em que materiais na faixa do ponto de ebulição do diesel são adicionados a uma alimentação de produto de hidropirólise substancialmente isento de carvão animal e partícula ao reator de hidroconversão;

[020]A FIG. 3 é um diagrama de fluxo esquemático de um processo para produzir combustíveis de hidrocarbonetos a partir da biomassa de acordo com uma outra forma de realização da invenção, em que materiais na faixa do ponto de ebulição do diesel são recirculados ao reator de hidropirólise;

[021]A FIG. 4 é um diagrama de fluxo esquemático de um processo para produzir combustíveis de hidrocarbonetos a partir da biomassa de acordo com uma outra forma de realização da invenção, em que materiais na faixa do ponto de ebulição de gasolina e diesel são ainda quimicamente e/ou cataliticamente aprimorados;

[022]A FIG. 5 é um diagrama de fluxo esquemático de um processo para produzir combustíveis de hidrocarbonetos a partir da biomassa de acordo com uma outra forma de realização da invenção, em que materiais na faixa do ponto de ebulição de gasolina e diesel são ainda quimicamente e/ou cataliticamente aprimorados por um outro processo;

[023]A FIG. 6 é um diagrama de fluxo esquemático de um processo para produzir combustíveis de hidrocarbonetos a partir da biomassa de acordo com uma outra forma de realização da invenção, em que hidropirólise e hidroconversão eficazes são realizadas em um único reator de modo que um reator de hidroconversão separado não é necessário e um produto de diesel com teor de enxofre ultrabaixo (ULSD) legí-timo é produzido;

[024]A FIG. 7 é um diagrama de fluxo esquemático de um processo para produzir combustíveis de hidrocarbonetos a partir da biomassa de acordo com uma outra forma de realização da invenção, em que hidropirólise e hidroconversão eficazes são realizadas em um único reator de modo que um reator de hidroconversão separado não é necessário e extração de H2 realçada é utilizada;

[025]A FIG. 8 é um diagrama de fluxo esquemático de um processo para produzir combustíveis de hidrocarbonetos a partir da biomassa de acordo com uma outra forma de realização da invenção, em que hidropirólise e hidroconversão eficazes são realizadas em um único reator de modo que um reator de hidroconversão separado não é necessário e leitos sorventes sólidos são utilizados; e

[026]A FIG. 9 é um diagrama de fluxo esquemático de um processo para produzir combustíveis de hidrocarbonetos a partir da biomassa de acordo com uma outra forma de realização da invenção, em que hidropirólise e hidroconversão eficazes são realizadas em um único reator de modo que um reator de hidroconversão separado não é necessário e adsorção de gasolina é utilizada.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO PRESENTEMENTE PREFERIDAS

[027]As FIGS. 1 a 9 mostram várias formas de realização preferidas da invenção de assunto.

[028]A FIG. 1 mostra um diagrama de fluxo esquemático, ilustrando um processo da presente invenção em uma de suas formas mais simples. A menos que de outro modo especificamente observado, deve ser entendido que neste e no seguinte pro-cesso esquemático descrito diagramas de fluxo, correntes similares e partes de componente, incluindo correntes e partes de componente não especificamente evo-cadas em diagramas subsequentes, são geralmente numerados utilizando os mesmos últimos dois dígitos numéricos mas com o primeiro dígito numérico variando dependendo da figura particular.

[029]O processo mostrado na FIG. 1 é geralmente designado pelo numeral de re-ferência 110 e é um processo para produzir combustíveis de hidrocarbonetos a partir da biomassa de acordo com uma forma de realização desta invenção. Como mais completamente descrito abaixo, o processo mostrado na FIG. 1 envolve modificações ao processo, mostradas e/ou descritas em um ou mais dos Pedidos de Patente US seguintes Serial N2 12/419.535, depositado em 07 de Abril de 2009; Serial N2 12/685.352, depositado em 11 de Janeiro de 2010; Serial N2 13/089.010, depositado em 18 de Abril de 2011; e Serial N2 13/196.645, depositado em 02 de Agosto de 2011, tal como para levar em consideração a destilação parcial de hidrocarbonetos de produto. As divulgações de cada um destes pedidos anteriores são por meio desta incorporadas por referência aqui e feitas uma parte desta, incluindo mas não limitadas a quaisquer porções destes pedidos que especificamente aparecem em seguida.

[030]O processo 110 mostrado na FIG. 1 é um processo compacto, balanceado, integrado, de estágios múltiplos para termoformar termoquimicamente a biomassa para produzir ou formar um produto líquido de gasolina e um produto líquido de die-sel adequados para o uso como um combustível de transporte sem a necessidade por aquecimento do processo externamente fornecido, H2, CH4, ou água. De fato, água é um produto do processo de modo que um excesso de água além daquele necessário para o processo é produzido. Assim, a FIG. 1 mostra que uma corrente de água produzida pelo processo é purificada e a corrente de água purificada é dirigida para uma unidade de reformador de vapor-PSA/MSS empacotada 170, descrita mais completamente abaixo, enquanto água de processo desnecessária é rejeitada. Como será avaliado por uma pessoa habilitada na técnica e guiada pelos ensinamentos aqui fornecidos, uma quantidade maior de água purificada ou água potável deve ser necessária, tal água adicional pode ser obtida da corrente de água rejeitada por tratamento apropriado.

[031]Um aspecto importante da invenção é que a energia térmica necessária no processo é fornecida pelo calor de reação da reação de desoxigenação, que é exo- térmica, ocorrendo tanto no primeiro quanto segundo estágios, 116 e 134. Um outro aspecto chave da invenção é que a alimentação de biomassa não precisa ser seve-ramente seca e, de fato, a adição de água na alimentação ou como uma alimentação separada pode ser vantajosa para o processo porque ela realça a formação de H2 in situ através de uma reação de substituição de água-gás.

[032]O primeiro estágio ou etapa de reação deste processo emprega um vaso de reator pressurizado, cataliticamente realçado para criar um produto líquido de hidro-pirólise parcial ou substancialmente desoxigenado e carvão animal. Nesta primeira etapa do processo 110, a biomassa (tal como por intermédio de uma corrente 112) e hidrogênio molecular (tal como por intermédio de uma corrente 114) são introduzidos em um vaso do reator 116 contendo um catalisador de desoxigenação e vaso este em que a biomassa sofre hidropirólise e hidroconversão, para produzir uma corrente de saída 120 compreendendo um produto líquido de hidropirólise pelo menos parci- almente desoxigenado, vapores de pirólise (gases C1-C3), H2O, CO, CO2, H2, e car-vão animal. 0 vaso do reator 116 é fornecido com uma porta de reposição 118, loca-lizada em urn local conveniente ao longo do comprimento do reator, usualmente, mas não necessariamente na parte inferior do reator fornecendo um sítio onde catalisador fresco, usado, ou revitalizado pode ser adicionado ao reator para substituir o catalisador que foi gasto por atrito ou eluído do reator.

[033]Embora qualquer vaso do reator adequado para hidropirólise e hidroconver-são possa ser utilizado, um vaso do reator preferido emprega um reator de leito flui- dizado. A etapa de hidropirólise emprega um aquecimento rápido (maior do que cerca de 550° C./min) da alimentação de biomassa tal que o tempo de permanência dos vapores pirolisados no vaso do reator é menos do que cerca de 5 minutos. Em contraste a isto, o tempo de permanência do carvão animal é relativamente longo porque ele não é removido através do fundo do vaso do reator e, assim, deve ser reduzido em tamanho de partícula até que as partículas sejam suficientemente pe-quenas para permitir que elas sejam realizadas com os vapores que saem próximos ao topo do vaso do reator.

[034]A alimentação de biomassa utilizada no processo da invenção pode estar na forma de partículas de biomassa soltas tendo uma maioria de partículas preferivel-mente menores do que cerca de 3 mm em tamanho ou na forma de uma biomas- sa/pasta fluida líquida. Entretanto, será avaliado por aqueles habilitados na técnica que a alimentação de biomassa pode ser pré-tratada ou de outro modo processada em uma maneira tal que tamanhos de partícula maiores podem ser acomodados. Meios adequados para introduzir a alimentação de biomassa no vaso do reator incluem, mas não são limitados a, uma corrente de hélice, veloz (maior do que cerca de 5 m/s) de gás carregador, tais como gases inertes e H2, bombas de deslocamento positivo, impulsores, ou bombas de turbina.

[035]A hidropirólise é tipicamente realizada no vaso do reator em uma temperatura na faixa de cerca de 425° C. a cerca de 550° C. e uma pressão manométrica na faixa de cerca de 0,69 Mpa (100 psig) a cerca de 5,5 Mpa (800 psig). A taxa de aquecimento da biomassa é preferivelmente maior do que cerca de 5500° C./min. A velocidade espacial horária mássica (WHSV) em gm de biomassa/gm de catalisa- dor/h para esta etapa está tipicamente em uma faixa de cerca de 0,2 a cerca de 10. Em processos de hidropirólise convencionais, o objetivo maximizar o rendimento do produto líquido, que requer operação em pressões substancialmente mais altas, por exemplo, 14 MPa (2000 psig). Isto é porque a descarboxilação é favorecida em pressões mais baixas ao passo que a hidrodesoxigenação é favorecida em pressões operacionais mais altas. Mantendo-se as pressões manométricas no processo desta invenção na faixa de 0,69 a 5,5 Mpa (100 a 800 psig), o mais preferivelmente em tomo de 3,4 Mpa (500 psig), a descarboxilação e desidrodesoxigenação são balanceadas, mas o rendimento do produto líquido é reduzido. Em pressões mais altas, a hidrodesoxigenação é favorecida e as reações tornam-se não balanceadas.

[036]Como previamente indicado, na etapa de hidropirólise da invenção, a ali-mentação de biomassa sólida é rapidamente aquecida, preferivelmente em um leito fluidizado quente, resultando em rendimentos do produto líquido comparáveis a e possivelmente melhores do que rendimentos obtidos com pirólise rápida convencio-nal. Entretanto, os vapores de hidropirólise resultantes da invenção são tipicamente na presença de um catalisador e uma pressão parcial alta de H2 dentro do leito flui-dizado, que fornece atividade de hidrogenação e também alguma atividade de deso-xigenação, dependendo da atividade do material cataliticamente ativo no leito fluidi-zado. A atividade de hidrogenação é muito desejável para impedir que olefinas reati-vas polimerizem, desse modo reduzindo a formação de radicais livres instáveis. Si-milarmente, a atividade de desoxigenação é importante de modo que o calor da reação de hidropirólise seja fornecido pela reação de desoxigenação exotérmica, desse modo obviando a necessidade de aquecimento externo. Uma vantagem da hidropi- rólise como mostrado por esta invenção sobre processos pirolíticos existentes é que a hidropirólise como mostrado por esta invenção evita as reações retrógradas da pirólise, que são usualmente realizadas em uma atmosfera inerte, o mais certamente na ausência de H2 e usualmente na ausência de um catalisador, desse modo pro-movendo a formação indesejável de aromáticos polinucleares, radicais livres e com-postos olefínicos que não estão presentes na biomassa original.

[037]A etapa de hidropirólise de primeiro estágio desta invenção opera em uma temperatura mais quente do que é típico de um processo de hidroconversão con-vencional, como um resultado do qual a biomassa é rapidamente desvolatilizada. Assim, esta etapa requer um catalisador ativo para estabilizar os vapores de hidropi-rólise, mas não tão ativo que ele rapidamente coqueifica. Tamanhos de partículas de catalisador são preferivelmente maiores do que cerca de 100 pm. Embora qualquer catalisador de desoxigenação adequado para o uso na faixa de temperatura deste processo possa ser utilizado na etapa de hidropirólise, catalisadores de acordo com formas de realização preferidas desta invenção são como segue:

[038]Catalisadores de vitrocerâmica -- Catalisadores de vitrocerâmica são extre-mamente fortes e resistentes a atrito e podem ser preparados como termicamente impregnados (isto é, sustentados) ou como catalisadores em massa. Quando utilizado como um catalisador vitrocerâmico de NiMo sulfetado, Ni/NiO, ou com base em Co, o catalisador resultante é uma versão resistente a atrito de um catalisador de NiMo, Ni/NiO, ou com base em Co prontamente disponível, mas flexível, convencional. Catalisadores vitrocerâmicos de NiMo sulfetado, Ni/NiO, ou com base em Co são particularmente adequados para o uso em um leito fluidizado quente porque estes materiais podem fornecer o efeito catalítico de um catalisador sustentado con-vencional, mas em uma forma muito mais robusta, resistente a atrito. Além disso, devido à resistência ao atrito do catalisador, a biomassa e carvão animal são simul-taneamente moídos em partículas menores conforme as reações de hidropirólise procedem dentro do vaso de reação. Assim, o carvão animal que é basicamente re-cuperado é substancialmente livre de contaminantes de catalisador do catalisador devido à resistência extremamente alta e resistência ao atrito do catalisador. A taxa de atrito do catalisador tipicamente será menor do que cerca de 2 % em peso por hora, preferivelmente menos do que 1 % em peso por hora como determinado em um teste de índice de teste de atrito em copo de jato de velocidade alta, padrão.

[039]Catalisador de fosfeto de níquel -- catalisadores de Fosfeto de Ni não reque-rem enxofre para funcionar e portanto serão apenas tão ativos em um ambiente isento de enxofre quanto em um ambiente contendo H2S, COS e outros compostos contendo enxofre. Portanto, este catalisador será apenas tão ativo para biomassa que tem pouco ou nenhum enxofre presente quanto com biomassa que contêm enxofre (por exemplo, resíduos da colheita de milho). Este catalisador pode ser impregnado em carbono como um catalisador separado ou impregnado diretamente na matéria-prima de biomassa por si só.

[040]Bauxita -- Bauxita é um material extremamente barato e, assim, pode ser usado como um catalisador descartável. Bauxita também pode ser impregnada com outros materiais tais como Ni, Mo, ou também ser sulfetada.

[041]Catalisador de sílica-alumina seco por pulverização de tamanho pequeno impregnado com NiMo ou C0M0 e sulfetado para formar um catalisador de hidrocon-versão - catalisadores de NiMo ou C0M0 comercialmente disponíveis são normal- mente fornecidos como tabletes de tamanho grande de 3,2 a 1,6 mm (1/8 a 1/16 po-legada) para o uso em leitos fixos ou com sólido confinado. No caso presente, NiMo é impregnado em catalisador de sílica-alumina seco por pulverização e usado em um leito fluidizado. Este catalisador exibe resistência mais alta do que um catalisador de NiMo ou C0M0 convencional e seria de um tamanho apropriado para o uso em um leito fluidizado.

[042]Porque o processo de hidropirólise cataliticamente realçada é exotérmico, o processo 110 inclui meios, por exemplo, um trocador de calor 122 (que, dependendo das necessidades do processo pode ser opcional), para remover calor em excesso do reator 116.

[043]A corrente de processo de saída 120 é tratada para remover carvão animal e partículas desta. No passado, a remoção do carvão animal foi uma barreira principal na pirólise rápida convencional porque o carvão animal tende a cobrir filtros e reagir com vapores de pirólise oxigenados para formar revestimentos viscosos que podem ligar-se a filtros de processo quentes. Carvão animal pode ser removido de acordo com o processo da invenção por filtração da corrente de vapor, ou por via de filtração a partir de uma etapa de lavagem-leito com sólido confinado. Retropulsação pode ser utilizada em remover o carvão animal dos filtros, contanto que o hidrogênio usado no processo desta invenção suficientemente reduza a reatividade dos vapores de pirólise para permitir retropulsação eficaz. Precipitação eletrostática, separação inercial, separação magnética, ou uma combinação destas tecnologias também podem ser usadas para remover partículas de carvão animal e cinza da corrente de vapor quente antes do resfriamento e condensação do produto líquido.

[044]Em virtude de sua resistência ao atrito, catalisadores de vitrocerâmica são tipicamente mais facilmente separados do carvão animal por tecnologias energéticas de separação inercial que utilizam impacto, intercepção, e/ou processos de difusão algumas vezes combinados com precipitação eletrostática para separar, concentrar, e coletar o carvão animal em uma corrente secundária para recuperação. Uma virtude adicional destes materiais é que, porque eles são receptivos à separação magnética (em um estado reduzido, Fe e Ni sendo atraídos para um campo magnético permanente ou eletricamente induzido), técnicas magnéticas assim como combinações de meios magnéticos, inerciais, e eletrostáticos podem ser utilizados para separar o carvão animal destes catalisadores que são não possíveis com materiais mais moles.

[045]De acordo com uma forma de realização da invenção, filtração de gás a quente pode ser usada para remover o carvão animal e particulas. Neste caso, porque o hidrogênio estabilizou os radicais livres e saturou as olefinas, a torta de poeira presa nos filtros foi descoberta ser mais facilmente separada do elemento de filtro do que o carvão animal removido na filtração a quente dos aerossóis produzidos na pirólise rápida convencional. De acordo com uma outra forma de realização desta invenção, o carvão animal é removido borbulhando-se o gás de produto de primeiro estágio através de um líquido de recirculação. O líquido recirculado usado é a porção de ponto de ebulição alto do óleo acabado deste processo e é assim um óleo completamente saturado (hidrogenado), estabilizado tendo um ponto de ebulição tipicamente acima de 350° C. Finos de carvão animal ou catalisador do primeiro es-tágio de reação são capturados neste líquido. Uma porção do líquido pode ser filtrada para remover os finos e uma porção pode ser recirculada de volta ao reator de hidropirólise de primeiro estágio. Uma vantagem de usar um líquido de recirculação é que ele fornece um modo para reduzir a temperatura dos vapores do processo car-regados com carvão animal do primeiro estágio de reação até a temperatura desejada para a etapa de hidroconversão do segundo estágio de reação enquanto removendo os particulados finos de carvão animal e catalisador. Uma outra vantagem de utilizar filtração de líquido é que o uso de filtração de gás a quente com seus problemas resultantes, bem documentados de limpeza do filtro é completamente evitado.

[046]De acordo com uma forma de realização desta invenção, catalisadores de NiMo ou CoMo de tamanho grande, posicionados em um leito com sólido confinado, são usados para remoção do carvão animal para fornecer ainda desoxigenação si-multânea com a remoção de particulados finos. Partículas deste catalisador devem ser grandes, preferivelmente de cerca de 3,2 a 1,6 mm (1/8 a 1/16 polegada) em tamanho, desse modo tornando-as facilmente separáveis do carvão animal fino transportado do primeiro estágio de reação, que é tipicamente menos do que 200 malha (cerca de 70 micrômetros).

[047]Como mostrado, a corrente de processo de saída 120 é passada para e através de um separador de carvão animal opcional 124, um filtro de barreira 126 (tal como para remover os finos de catalisador) e um trocador de calor de processo 130 que pode ser utilizado para produzir vapor de processo. A corrente de produto isenta de carvão animal e partícula 132 passa do trocador de calor 130 para um segundo estágio de reação que emprega um vaso do reator de hidroconversão 134 em que uma etapa de hidroconversão é realizada para concluir a desoxigenação e hidrogenação do produto de hidrocarboneto recebido do reator de hidropirólise 116.

[048]No vaso do reator de hidroconversão 134, a etapa de hidroconversão do se-gundo estágio de reação é preferivelmente realizada em uma temperatura mais baixa (250 a 450° C.) do que a etapa de hidropirólise do primeiro estágio de reação para aumentar a vida do catalisador e substancialmente na mesma pressão manomé- trica (100 a 800 psig) como a etapa de hidropirólise do primeiro estágio de reação. A velocidade espacial horária mássica (WHSV) para esta etapa está na faixa de cerca de 0,2 a cerca de 3. O catalisador usado nesta etapa é preferivelmente protegido de Na, K, Ca, P, e outros metais presentes na biomassa que podem envenenar o catalisador, o que tenderá a aumentar vida do catalisador. Este catalisador também deve ser protegido de olefinas e radicais livres pelo aprimoramento catalítico realizado na etapa do primeiro estágio de reação. Catalisadores tipicamente selecionados para esta etapa são catalisadores de hidroconversão de atividade alta, por exemplo, cata-lisadores de NiMo sulfetado e CoMo sulfetado. Neste estágio de reação, o catalisador é usado para catalisar uma reação de substituição de água-gás de CO + H2O para preparar CO2 + H2, desse modo permitindo a produção in situ de hidrogênio no vaso do reator de segundo estágio 134, que, por sua vez, reduz o hidrogênio necessário para hidroconversão. Ambos os catalisadores de NiMo e CoMo catalisam a reação de substituição de água-gás. O objetivo neste segundo estágio de reação é mais uma vez balancear as reações de desoxigenação. Este balanceamento é realizado usando-se pressões manométricas parciais de hidrogênio relativamente baixas (100 a 800 psig) junto com a escolha correta do catalisador. Em processos de hidro- desoxigenação de óleo de pirólise convencional, pressões manométricas parciais de hidrogênio na faixa de cerca de 14 Mpa (2000 psig) a cerca de 21 MPa (3000 psig) são tipicamente utilizadas. Isto é porque os processos são intencionados a converter óleos de pirólise, que são extremamente instáveis e difíceis de processar em pressões parciais mais baixas de H2.

[049]O produto completamente desoxigenado passa, como uma corrente 136, do segundo estágio de reação 134 através de um segundo trocador de calor de processo 140 (que também pode ser usado para produzir vapor de processo e que, dependendo das necessidades do processo, pode ser opcional) e para um separador de pressão alta 142 para formar, produzir, ou separar a corrente de processo em uma fração de gás (designada como vapores) 144, fração de hidrocarboneto 146 e uma fração de água 148.

[050]Os hidrocarbonetos que saem do separador de pressão alta 142 são dirigidos para uma coluna de destilação 150 que separa os hidrocarbonetos em uma fração de gasolina 152 e uma fração de diesel 154.

[051]A corrente de produto de diesel nominal 154 que sai da coluna de destilação 150 é dividida, com uma porção formando uma corrente de saída de diesel 156 e uma outra porção 158 sendo passada de volta ao topo de um absorvedor de hidrocarboneto 160 depois de ter sido passada através do trocador de calor 162 (que dependendo das necessidades do processo pode ser opcional).

[052]A corrente vaporosa 144 que sai do separador de pressão alta 142 é dirigida para o fundo do absorvedor de hidrocarboneto 160 de modo que 0 absorvedor de hidrocarboneto 160 receba duas correntes, uma emanando do separador de pressão alta 142 e a outra emanando da coluna de destilação 150 e subsequentemente pas-sando através do trocador de calor 162 (que novamente dependendo das necessidades do processo pode ser opcional). O absorvedor de hidrocarboneto 160 também tem duas saídas. Uma corrente de saída 164 (corrente de hidrocarbonetos separados) une a saída dos hidrocarbonetos do separador de pressão alta 142 e é dirigida para a coluna de destilação 150, como mencionado acima. A outra saída é principalmente gasosa e sai do topo do absorvedor de hidrocarboneto 160 como uma corrente 166 e é dirigida tal como para um depurador de H2S 168, como descrito mais abaixo.

[053]A corrente de vapor 144 tipicamente contém vapores de hidrocarboneto não condensáveis (tais como metano, etano, propano e butano), outros vapores não condensáveis (CO2, CO, e H2), e dependendo da eficiência do separador de pressão alta 142, alguns vapores de H2S e NH3.

[054]Estes gases (tipicamente incluem um ou mais de CO, CO2, CH4, etano, e propano) são enviados ao reformador de corrente de empacotamento e unidade de PSA/MSS 170 junto com a água do processo para conversão em H2 e CO2. Uma porção destes gases é queimada em uma fornalha ou outra câmara de combustão para acelerar o aquecimento da porção remanescente de gases até a temperatura operacional do reformador de vapor, cerca de 925° C. Reformadores de vapor tipi-camente requerem uma razão de vapor-para-hidrocarboneto de 3/1 em sua alimen-tação para promover o equilíbrio da reação, mas isto é muito mais do que a quanti-dade necessária para reação. O vapor é recuperado e reciclado dentro do reformador de vapor. O CO2 é removido do processo por adsorção com alternância de pressão (PSA), um sistema de separação de membrana adequado (MSS), ou por outros meios conhecido àqueles habilitados na técnica de separar H2 de uma mistura de gases e o H2 é recirculado novamente para o primeiro estágio de reação (hidropirólise) do processo.

[055]Além disso, este processo é preferivelmente balanceado com respeito à água de modo que bastante água é fabricada no processo para fornecer toda a água necessária na etapa de reforma de vapor. De acordo com uma forma de realização desta invenção, a quantidade de água utilizada é tal que o rendimento do processo global contém substancialmente apenas CO2 e produtos de hidrocarboneto líquidos, desse modo evitando uma etapa de processo adicional para descarte da água em excesso. Será avaliado por aqueles habilitados na técnica que o uso de reforma de vapor em combinação com etapas de hidropirólise e hidroconversão como apresen-tado aqui faz sentido onde o objetivo é fornecer um processo autossuficiente em que a razão de O2 em H2O para O2 em CO e CO2 produzida pelo processo é cerca de 1,0. Na ausência de um tal objetivo, a reforma de vapor não é necessária porque o H2 necessário para a etapa de hidropirólise pode ainda ser fornecido por fontes externas. Se uma pessoa fosse utilizar reforma de vapor na ausência dos objetivos estabelecidos aqui, a mesma não acabaria com o processo autossuficiente desta invenção em que o rendimento do processo consiste essencialmente em produtos de hidrocarboneto líquidos e CO2.

[056]De acordo com uma forma de realização desta invenção, o calor gerado no segundo estágio de reação pode ser usado para fornecer todo ou parte do calor ne-cessário para conduzir a etapa de hidropirólise no primeiro estágio de reação. De acordo com uma forma de realização desta invenção, o processo também emprega recirculação dos produtos acabados pesados como um líquido de lavagem na segunda etapa como estabelecido aqui acima para capturar finos do processo que saem do reator de pirólise do primeiro estágio e controlar o calor da reação. De acordo com uma forma de realização desta invenção, este líquido é também recirculado para a hidroconversão e possivelmente para a etapa de hidropirólise de primeiro estágio para regular a geração de calor em cada etapa. A taxa de recirculação está preferivelmente na faixa de cerca de 3 a 5 vezes a razão de alimentação de biomassa. Isto é necessário porque a hidrodesoxigenação é uma reação fortemente exotérmi- ca.

[057]De acordo com uma forma de realização desta invenção, a alimentação de biomassa é qualquer biomassa aquática contendo alto teor de lipídeo tais como algas ou uma planta aquática tal como lemna. Em uma forma onde lipídeos não foram extraídos, gasolina e diesel podem ser fabricados diretamente da alimentação de biomassa aquática. Isto é particularmente atraente porque a extração de lipídeo é cara. De outro modo, com o processo desta invenção, materiais no ponto de ebulição da gasolina e diesel podem ser fabricados a partir de uma biomassa aquática deslipidada tais como algas ou uma planta aquática tal como lemna. Ao contrário, a pirólise rápida convencional de algas e outra biomassa aquática seria muito sem atrativos porque as reações térmicas não controladas características da pirólise rápida degradariam estes lipídeos. Assim, o processo integrado desta invenção é ideal para a conversão da biomassa aquática porque ele pode ser realizado na biomassa aquática que é usualmente apenas parcialmente desidratada e ainda produz produto de diesel e gasolina de alta qualidade.

[058]O processo desta invenção fornece várias vantagens distintas sobre processos com base em pirólise rápida convencional em que ele produz um produto de teor de carvão animal insignificante a baixo, parcialmente desoxigenado, estabilizado do qual carvão animal e partículas residuais podem ser facilmente separados por filtração de gás a quente ou contato com um líquido recirculado; vapores de óleo de hidropirólise quentes, limpos podem ser diretamente aprimorados a um produto final em uma unidade de processo cataliticamente realçada secundária ligada intimamente operada quase na mesma pressão como foi utilizado a montante; e o aprimoramento é realizado rapidamente antes que a degradação possa ocorrer no vapor produzido da etapa de hidropirólise.

[059]Os produtos de hidrocarboneto líquidos produzidos por este processo deve- riam conter menos do que 5 % de oxigênio e preferivelmente menos do que 2 % de oxigênio com um número de ácido total baixo (TAN) e deveriam exibir boa estabili-dade química à polimerização ou uma tendência reduzida para exibir reatividade química. Em uma forma de realização preferida desta invenção em que o teor de oxigênio total do produto é reduzido abaixo de 2 %, as fases de água e hidrocarboneto facilmente separarão em qualquer vaso de separação normal porque a fase de hidrocarboneto tornou-se hidrofóbica. Isto é uma vantagem significante quando comparado à pirólise convencional em que a água é miscível com e misturada com o óleo de pirólise altamente oxigenado.

[060]Porque os combustíveis fungíveis produzidos no processo divulgado têm baixo teor de oxigênio, qualquer água em excesso produzida deste processo é rela-tivamente livre de hidrocarbonetos dissolvido e provavelmente conterá menos do que 2000 ppmv de carbono orgânico total dissolvido (TOC), o que a toma adequada, por exemplo, para o uso em irrigação em áreas áridas. Adicionalmente, o produto de hidrocarboneto acabado agora pode ser facilmente transportável, tem um número de ácido total baixo (TAN), e estabilidade química excelente. Na pirólise rápida conven-cional, os óleos de pirólise tipicamente contêm 50 a 60 % de oxigênio na forma de hidrocarbonetos oxigenados e 25 % de água dissolvida e devem ser quimicamente estabilizados antes do transporte. Portanto, custos de transporte de produtos finais sozinhos para o processo de hidropirólise e hidroconversão integrado desta invenção podem ser menos do que metade dos custos para a pirólise rápida convencional. Além disso, a água produzida no processo proposto torna-se um subproduto valioso especialmente para regiões áridas.

[061]Se desejado e como mostrado na FIG. 1, o processo desejavelmente pode levar em consideração a recuperação do sulfato de amónio. Sob esse aspecto, a fração gasosa 166 é portanto dirigida para o depurador de H2S 168 e extrator H2S 172 que agem de comum acordo para liberar uma corrente de gás 174 livre de H2S e MM3 à unidade de reformador de vapor-PSA/MSS empacotada 170 o propósito da qual é fornecer uma corrente de hidrogênio pura 176 ao reator de hidropirólise 116 e rejeitar o CO2 residual (por intermédio de uma corrente 178) da qual calor adicional pode ser recuperado para fornecer uma outra fonte de calor de processo para secar a biomassa ou para outros propósitos. Porque este CO2 é derivado inteiramente a partir da biomassa ele não contribui para a queima do Gás Estufa (GHG) do processo.

[062]Como mostrado na FIG. 1, 0 separador de pressão alta 142 libera uma cor-rente aquosa 148 que contém amónia e sulfeto de hidrogênio em solução a um ex-trator de água ácida 180. O extrator de água ácida 180, separa a corrente aquosa 148 recebida do separador de pressão alta 142 em uma corrente de água 182 rica em amónia e H2S assim como uma corrente de água relativamente pura 184 que com purificação adicional por intermédio de um purificador de água adequado 186 para remover todos os compostos de enxofre fornece uma fonte de água de pureza alta 188 para a unidade de reformador de vapor-PSA/MSS empacotada 170. A água rejeitada do purificador de água 186, mostrada como uma corrente 190, pode ser disposta de ou reciclada ao extrator de água ácida 180. A corrente aquosa 182 do extrator de água ácida 180 e do extrator de H2S 172 são combinadas e dirigidas para um reator de oxidação 192 onde as correntes combinadas podem ser reagidas com oxigênio em uma zona de conversão não catalítica, térmica para converter substancialmente o sulfeto de amónio dissolvido (NH4)2S a sulfato de amónio (NH4)2SO4 e tiossulfato. A corrente pode ser contatada ainda com oxigênio e um catalisador de oxidação de acordo com o método divulgado em Gillespie, Patente U.S. 5.470.486 ou, alternativamente, a corrente aquosa de entrada pode ser reagida com oxigênio, na presença de um catalisador apropriado, de acordo com o método divulgado na Patente U.S. 5.207.927 (Marinangeli, et al.). Utilizando-se qualquer tecnologia, dentro das faixas de pH, razão em mol de oxigênio para enxofre, pressão, tem- peratura, e velocidades espaciais horárias líquidas mostradas nestas patentes, uma corrente aquosa 194 contendo amónia NH3 e (NH4)2SO4 é desse modo obtida, e estes compostos depois podem ser recuperados e vendidos como fertilizante. Uma variedade de métodos para obter sulfato de amónio de uma corrente aquosa contendo amónio sulfito e amónia dissolvida está correntemente em uso e os exemplos citados acima servem para ilustrar que tecnologias estabelecidas existem para efetuar esta conversão. O2 em excesso e N2 não reagido são rejeitados do reator de oxidação como uma corrente 196.

[063]Finalmente, o H2 puro produzido pela unidade de reformador de vapor- PSA/MSS empacotada 170 é dirigido para um compressor conduzido por vapor 198 onde ele é comprimido e depois passado para o reator de hidropirólise 116. Note que o vapor usado para conduzir o compressor 198 é fornecido do trocador de calor 130 e trocador de calor 140 (que, dependendo das necessidades do processo, pode ser opcional). Calor residual do vapor que conduz o compressor de hidrogênio 198 está disponível para fornecer níveis mais baixos de calor do processo. Também note que o hidrogênio liberado ao reator de hidropirólise 116 terá sido resfriado um pouco, o que não representa nenhum desafio para o processo visto que a natureza exo- térmica da reação de hidropirólise é suficiente para fornecer todo 0 calor necessário pelo reator de hidropirólise 116.

[064]A FIG. 2 é um diagrama de fluxo esquemático de um processo para produzir combustíveis de hidrocarbonetos a partir da biomassa de acordo com uma outra forma de realização da invenção, tal processo geralmente designado pelo numeral de referência 210.

[065]O processo 210 é geralmente similar ao processo 110, descrito acima. Em particular, no processo 210, a biomassa (tal como por intermédio de uma corrente 212) e hidrogênio molecular (tal como por intermédio de uma corrente 214) são in-troduzidos em um vaso do reator de hidropirólise e hidroconversão 216, tal como tendo uma porta de reposição de catalisador 218, para produzir uma corrente de saída 220 compreendendo um produto líquido de hidropirólise pelo menos parcialmente desoxigenado, vapores de pirólise (gases C1-C3), H2O, CO, CO2, H2, e carvão animal. A corrente de processo de saída 220 é passada para e através de um separador de carvão animal opcional 224, um filtro de barreira 226 (tal como para remover finos de catalisador) e um trocador de calor de processo 230 que pode ser utilizado para produzir vapor de processo. A corrente de produto isenta de carvão animal e partícula 232 passa do trocador de calor 230 para um segundo estágio de reação que emprega um vaso do reator de hidroconversão 234 em que uma etapa de hidroconversão é realizada para concluir a desoxigenação e hidrogenação do produto de hidrocarboneto recebido do reator de hidropirólise 216. O produto completamente desoxigenado passa, como uma corrente 236, do segundo estágio de reação 234 através de um segundo trocador de calor de processo 240 (que também pode ser usado para produzir vapor de processo e que, dependendo das necessidades do processo pode ser opcional) e para um separador de pressão alta 242 para formar, produzir ou separar em uma fração de gás (designada como vapores) 244, fração de hidrocarboneto 246 e uma fração de água 248.

[066]No processo 210, a fração de gás/vapor 244 e fração de água 248 são pro-cessadas em uma maneira similar àquela como no processo 110 e não serão descritas em mais detalhe aqui.

[067]Também similarmente, os hidrocarbonetos que saem do separador de pressão alta 242 são dirigidos para uma coluna de destilação 250 que separa os hidro-carbonetos em uma fração de gasolina 252 e uma fração de diesel 254. A corrente de produto de diesel nominal 254 que sai da coluna de destilação 250 é dividida, com uma porção formando uma corrente de saída de diesel 256 e uma outra porção 258 sendo passada de volta ao topo de um absorvedor de hidrocarboneto 260 depois de ter sido passada através do trocador de calor 262 (que dependendo das ne- cessidades do processo pode ser opcional).

[068]O processo 210 principalmente difere do processo 110 em que a corrente de produto de diesel nominal 254 é dividida ainda tal que uma porção da corrente de produto de diesel é desviada por intermédio de um circuito de recirculação de diesel 255 de volta à entrada do reator de hidroconversão 234 para retroceder seu caminho através do separador de pressão alta 242 e da coluna de destilação 250 e desse modo melhorar a qualidade do diesel. Isto é, uma porção dos materiais na faixa do ponto de ebulição do diesel é adicionada à alimentação de produto de hidropirólise isento de carvão animal e partícula ao reator de hidroconversão 234, por exemplo.

[069]Como mostrado, o processo 210 pode, se desejado, incluir uma ou mais ca-racterísticas, tais como um depurador de H2S 268, uma unidade de reformador de vapor-PSA/MSS 270, um extrator de H2S 272, um extrator de água ácida 280, um purificador de água adequado 286, um reator de oxidação 292 e um compressor 298, similar àqueles mostrado na FIG. 1.

[070]A FIG. 3 é um diagrama de fluxo esquemático de um processo para produzir combustíveis de hidrocarbonetos a partir da biomassa de acordo com uma outra forma de realização da invenção, tal processo geralmente designado pelo numeral de referência 310.

[071]O processo 310 é geralmente similar ao processo 110, descrito acima. Em particular, no processo 310, biomassa (tal como por intermédio de uma corrente 312) e hidrogênio molecular (tal como por intermédio de uma corrente 314) são introduzi-da em um vaso do reator de hidropirólise e hidroconversão 316, tal como tendo um porta de reposição de catalisador 318, para produzir uma corrente de saída 320 compreendendo um produto líquido de hidropirólise pelo menos parcialmente deso- xigenado, vapores de pirólise (gases C1-C3), H2O, CO, CO2, H2, e carvão animal. A corrente de processo de saída 320 é passada a e através de um separador de carvão animal opcional 324, um filtro de barreira 326 (tal como para remover finos de catalisador) e um trocador de calor de processo 330 que pode ser utilizado para pro-duzir vapor de processo. A corrente de produto isenta de carvão animal e partícula 332 passa do trocador de calor 330 a um segundo estágio de reação que emprega um vaso do reator de hidroconversão 334 em que uma etapa de hidroconversão é realizada para concluir desoxigenação do produto de hidrocarboneto recebido do reator de hidropirólise 316. O produto completamente desoxigenado passa, como uma corrente 336, do segundo estágio de reação 334 através de um segundo trocador de calor de processo 340 (que também pode ser usado para produzir vapor de processo e que, dependendo de necessidades do processo pode ser opcional) e a um separador de pressão alta 342 para formar, produzir ou separar em um gás (designado como vapores) fração 344, fração de hidrocarboneto 346 e uma fração de água 348.

[072]Também similarmente, os hidrocarbonetos que saem do separador de pressão alta 342 são dirigidos a uma coluna de destilação 350 que separa os hidrocarbonetos em uma fração de gasolina 352 e uma fração de diesel 354. A corrente de produto de diesel nominal 354 que sai da coluna de destilação 350 é dividida, com um porção formando uma corrente de saída de diesel 356 e uma outra porção 358 sendo passada de volta ao topo de um absorvedor de hidrocarboneto 360 depois de tendo sido passada através de trocador de calor 362 (que, dependendo de necessidades do processo pode ser opcional).

[073]O processo 310 difere principalmente do processo 210 em que este ilustra uma outra opção for diesel produto recirculação que permite uma porção da fração de diesel que sai da coluna de destilação 350 ser recirculada novamente à primeira hidropirólise de leito fluidizado e reator de hidroconversão 316 através do circuito de recirculação de diesel 355 e por esta razão retrocede suas etapas ao reator de hi-droconversão 334, o separador de pressão alta 342, e retoma à coluna de destilação 350.

[074]Como mostrado, o processo 310 pode, se desejado, incluir uma ou mais ca-racterísticas, tais como um depurador de H2S 368, uma unidade de reformador de vapor-PSA/MSS 370, um extrator de H2S 372, um extrator de água ácida 380, um purificador de água adequado 386, um reator de oxidação 392 e um compressor 398, similar àqueles mostrado na FIG. 1.

[075]A FIG. 4 é um diagrama de fluxo esquemático de um processo para produzir combustíveis de hidrocarbonetos a partir da biomassa de acordo com uma outra forma de realização da invenção, tal processo geralmente designado pelo numeral de referência 410.

[076]O processo 410 é geralmente similar ao processo 110 descrito acima. Em particular, no processo 410, biomassa (tal como por intermédio de uma corrente 412) e hidrogênio molecular (tal como por intermédio de uma corrente 414) são introduzi-da em um vaso do reator de hidropirólise e hidroconversão 416, tal como tendo um porta de reposição de catalisador 418, para produzir uma corrente de saída 420 compreendendo um produto líquido de hidropirólise pelo menos parcialmente deso-xigenado, vapores de pirólise (gases C1-C3), H2O, CO, CO2, H2 e carvão animal. A corrente de processo de saída 420 é passada a e através de um separador de carvão animal opcional 424, um filtro de barreira 426 (tal como para remover finos de catalisador) e um trocador de calor de processo 430 que pode ser utilizado para pro-duzir vapor de processo. A corrente de produto isenta de carvão animal e partícula 432 passa do trocador de calor 430 a um segundo estágio de reação que emprega um vaso do reator de hidroconversão 434 em que uma etapa de hidroconversão é realizada para concluir desoxigenação do produto de hidrocarboneto recebido do reator de hidropirólise 416. O produto completamente desoxigenado passa, como uma corrente 436, do segundo estágio de reação 434 através de um segundo trocador de calor de processo 440 (que também pode ser usado para produzir vapor de processo e que, dependendo de necessidades do processo pode ser opcional) e a um separador de pressão alta 442 para formar, produzir ou separar em um gás (designado como vapores) fração 444, fração de hidrocarboneto 446 e uma fração de água 448. Os hidrocarbonetos que saem do separador de pressão alta 442 são dirigidos a uma coluna de destilação 450 que separa os hidrocarbonetos em uma fração de gasolina 452 e uma fração de diesel 454. A corrente de produto de diesel nominal 454 que sai da coluna de destilação 450 é dividida, com um porção formando uma corrente de saída de diesel 456 e uma outra porção 458 sendo passada de volta ao topo do absorvedor de hidrocarboneto 460 depois de tendo sido passada através de trocador de calor 462 (que, dependendo de necessidades do processo pode ser opcional).

[077]O processo 410 difere principalmente do processo 110 em que o processo 410 agora fornece a melhora química adicional dos materiais de ebulição de gasolina e diesel, 452 e 456, respectivamente. Mais especificamente, o processo 410 inclui: 1) um aprimoramento de gasolina catalítico etapa 455 que recebe a fração de gasolina 452 da destilação parcial etapa 450 e portanto permite a produção de um aprimorado fração de gasolina 457, e 2) um reator catalítico de leito de gotejamento 459 que produz um diesel com teor de enxofre ultrabaixo (ULSD) produto 461 que, dependendo do desempenho da destilação parcial aparelho 450, pode contêm uma porção pequena de gasolina que foi dirigida ao reator catalítico de leito de goteja-mento 459.

[078]Como mostrado, o processo 410 pode, se desejado, incluir uma ou mais ca-racterísticas, tais como um depurador de H2S 468, uma unidade de reformador de vapor-PSA/MSS 470, um extrator de H2S 472, um extrator de água ácida 480, um purificador de água adequado 486, um reator de oxidação 492 e um compressor 498, similar àqueles mostrado na FIG. 1.

[079]A FIG. 5 ilustra um processo para produzir combustíveis de hidrocarbonetos a partir da biomassa de acordo com uma outra forma de realização da invenção, tal processo geralmente designado pelo numeral de referência 510.

[080]O processo mostrado 510 é geralmente similar ao processo 410 descrito acima em que os materiais de ebulição de gasolina e diesel ainda são quimicamente apropriados para o processamento adicional. Para aquele fim, mais particularmente, no processo 510, a biomassa (tal como por intermédio de uma corrente 512) e hi-drogênio molecular (tal como por intermédio de uma corrente 514) são introduzidos em um vaso do reator de hidropirólise e hidroconversão 516, tal como tendo um porta de reposição de catalisador 518, para produzir uma corrente de saída 520 com-preendendo um produto líquido de hidropirólise pelo menos parcialmente desoxige-nado, vapores de pirólise (gases C1-C3), H2O, CO, CO2, H2, e carvão animal. A cor-rente de processo de saída 520 é passada a e através de um separador de carvão animal opcional 524, um filtro de barreira 526 (tal como para remover finos de catali-sador) e um trocador de calor de processo 530 que pode ser utilizado para produzir vapor de processo. A corrente de produto isenta de carvão animal e partícula 532 passa do trocador de calor 530 a um segundo estágio de reação que emprega um vaso do reator de hidroconversão 534 em que uma etapa de hidroconversão é realizada para concluir desoxigenação do produto de hidrocarboneto recebido do reator de hidropirólise 516. O produto completamente desoxigenado passa, como uma corrente 536, do segundo estágio de reação 534 através de um segundo trocador de calor de processo 540 (que também pode ser usado para produzir vapor de processo e que, dependendo de necessidades do processo pode ser opcional) e a um separador de pressão alta 542

[081]No processo 510, entretanto, o separador de pressão alta 542 é operado em uma temperatura mais alta, tal como para produzir uma corrente de hidrocarboneto gasosa 544, uma corrente de produto de diesel 556 e uma corrente de água 548, como oposto ao processo mostrado na FIG. 4 em que o separador 442 produz um hidrocarboneto corrente de vapor que depois é passado a um absorvedor de hidro- carboneto 460. Na forma de realização de processo mostrada na FIG. 5, a corrente de gás de hidrocarboneto 544 descarregada pelo separador 542 é passada direta- mente a um aprimoramento de gasolina catalítico etapa 563 cujo produto é esfriado em um trocador de calor 565 (que, dependendo de necessidades do processo pode ser opcional) antes de ser passado a um separador 567 que desvia uma fração de gás 569 (gasosa Ci através de C4 hidrocarbonetos com outros gases do processo) a um depurador de H2S 568 e um extrator de H2S 572 similar ao processo mostrado nas FIGS. 1 a 4, enquanto uma fração de gasolina líquida aprimorada 557 é produzida como um processo produto.

[082]Similar ao processo 410, o processo 510 inclui um reator catalítico de leito de gotejamento 559 que processa o produto diesel 556 para produzir um diesel com teor de enxofre ultrabaixo (ULSD) produto 561 que pode contêm uma porção pequena de gasolina.

[083]Observe nesta forma de realização que a exaustão de gás do separador 542 não contém vapores, mas apenas gás. Como oposto ao processo formas de realização mostrada nas FIGS. 1 a 4, onde a exaustão do separador foi mantida em uma temperatura mais baixa de modo que vapores foram submetidos à exaustão a um absorvedor de hidrocarboneto, neste e seguindo as formas de realização do processo, os gases que saem do separador terão uma temperatura mais alta adequada para a introdução a um aprimoramento de gasolina catalítico etapa. De outro modo, o equilíbrio desta forma de realização do processo permanece similar àquela descrita na FIG. 4.

[084]Como mostrado, o processo 510 pode, se desejado, incluir uma ou mais ca-racterísticas, tais como uma unidade de reformador de vapor-PSA/MSS 570, um ex-trator de água ácida 580, um purificador de água adequado 586, um reator de oxida-ção 592 e um compressor 598, similar àqueles mostrado na FIG. 1.

[085]Enquanto os processos da invenção foram mostrado nas figuras descritas acima com a inclusão de um segundo reator de hidrotratamento, aqueles habilitado na técnica e guiado pelo ensinamentos aqui fornecer avaliará que a prática mais ampla da invenção é não necessariamente limitado desta maneira. Por exemplo, em um caso onde catalisadores suficientemente ativos são disponível que pode produzir um completamente produto de hidrocarboneto desoxigenado no reator de leito de fluido 116, 216, 316, 416 e 516, por exemplo, um segundo reator de hidroconversão separado pode tornar-se desnecessário. Assim, deve ser entendido que os processos mostrados nas FIGS. 1 a 5 podem, em tais exemplos, ser apropriadamente con-sequentemente modificados. Isto é, se desejado, os processos da invenção podem ser realizados com ou sem um segundo hidrotratamento reator e que a presença ou ausência de tal segundo hidrotratamento reator não cria necessariamente um processo fundamentalmente diferente.

[086]A FIG. 6 ilustra um processo para produzir combustíveis de hidrocarbonetos a partir da biomassa de acordo com uma outra forma de realização da invenção, tal processo geralmente designado pelo numeral de referência 610.

[087]O processo 610 é similar ao processo 510 em que no processo 610, biomassa (tal como por intermédio de uma corrente 612) e hidrogênio molecular (tal como por intermédio de uma corrente 614) são introduzida em um vaso do reator de hidropirólise e hidroconversão 616, tal como tendo um porta de reposição de catali-sador 618, para produzir uma corrente de saída 620 compreendendo um produto líquido de hidropirólise pelo menos parcialmente desoxigenado, vapores de pirólise (gases C1-C3), H2O, CO, CO2, H2, e carvão animal. A corrente de processo de saída 620 é passada a e através de um separador de carvão animal opcional 624, um filtro de barreira 626 (tal como para remover finos de catalisador) e um trocador de calor de processo 630 que pode ser utilizado para produzir vapor de processo.

[088]O processo 610 difere do processo 510 em que um segundo reator de hidro-conversão, tal como 534, foi suprimido tal que a corrente de produto isenta de car- vão animal e partícula 632 passa do trocador de calor 630 a um separador de pressão alta 642. Similar ao processo 510 descrito acima, o separador de pressão alta 642 é operado em uma temperatura suficientemente alta tal como para produzir uma corrente de hidrocarboneto gasosa 644, uma corrente de produto de diesel 656 e uma corrente de água 648.

[089]A corrente de gás de hidrocarboneto 644 é passada diretamente a um apri-moramento de gasolina catalítico etapa 663 cujo produto é esfriado em um trocador de calor 665 (que, dependendo de necessidades do processo pode ser opcional) antes de ser passado a um separador 667 que desvia uma fração de gás 669 (hidro-carbonetos gasosas Ci a C4 com outros gases de processo) a um depurador de H2S 668 e extrator de H2S 672 similar ao processo mostrado nas FIGS. 1 a 4, enquanto uma fração de gasolina líquida aprimorada 657 é produzido como um processo produto.

[090]Também similar ao processo 510, o processo 610 inclui um reator catalítico de leito de gotejamento 659 que processa o produto diesel 656. O processo 610 difere do processo 510 em que o processo 610 inclui uma unidade de destilação parcial 671 que recebe uma corrente de produto ULSD 661 do reator de leito de gotejamento 659 que pode conter alguma fração pequena de gasolina. A destilação parcial unidade 671 separa remanescente gasolina material em a corrente de produto ULSD 661 e passa it, tal como por intermédio de uma corrente 673, ao separador 667 quando é misturado com um produto de gasolina já aprimorado a partir do aprimoramento de gasolina catalítico unidade 663 a fim de formar a corrente de produto 657. A destilação parcial unidade 671 depois pode descarregar uma corrente de produto ULSD 675 legítima (isto é, uma corrente de produto que é substancialmente livre de uma fração de gasolina).

[091]Como mostrado, o processo 610 pode, se desejado, incluir uma ou mais ca-racterísticas, tais como uma unidade de reformador de vapor-PSA/MSS 670, um ex- trator de água ácida 680, um purificador de água adequado 686, um reator de oxida-ção 692 e um compressor 698, similar àqueles mostrado na FIG. 1.

[092]Como ainda será entendido, um reator de hidroconversão pode ser adicio-nada, tal como o seguinte trocador de calor 630, se desejado ou necessário, tal como para manter apropriadamente a qualidade do produto.

[093]A FIG. 7 ilustra um processo forma de realização para produzir combustíveis de hidrocarbonetos a partir da biomassa de acordo com uma outra forma de realização da invenção, tal processo geralmente designado pelo numeral de referência 710.

[094]Como descrito em mais detalhes abaixo, o processo 710 é geralmente similar ao processo 610 descrito acima com o processo 710, entretanto, utilizando extração de H2 realçada.

[095]Em particular, no processo 710, biomassa (tal como por intermédio de uma corrente 712) e hidrogênio molecular (tal como por intermédio de uma corrente 714) são introduzida em um vaso do reator de hidropirólise e hidroconversão 716, tal como tendo um porta de reposição de catalisador 718, para produzir uma corrente de saída 720 compreendendo um produto líquido de hidropirólise pelo menos parcial- mente desoxigenado, vapores de pirólise (gases C1-C3), H2O, CO, CO2, H2 e carvão animal. A corrente de processo de saída 720 é passada a e através de um separador de carvão animal opcional 724, um filtro de barreira 726 (tal como para remover finos de catalisador) e um trocador de calor de processo 730 que pode ser utilizado para produzir vapor de processo. A corrente de produto isenta de carvão animal e partícula 732 passa do trocador de calor 730 a um separador de pressão alta 742. O separador de pressão alta 742 é desejavelmente operado em uma temperatura suficientemente alta tal como para produzir uma corrente de hidrocarboneto gasosa 744, uma corrente de produto de diesel 756 e uma corrente de água 748.

[096]A corrente de gás de hidrocarboneto 744 é passada diretamente a um apri- moramento de gasolina catalítico etapa 763. A eficiência do processo para o processo 710 é melhorado sobre a forma de realização mostrado na FIG. 6, entretanto, através da introdução de um membrana separador 777 depois do aprimoramento de gasolina catalítico etapa 763. O separador de membrana 777 desejavelmente serve para separar hidrogênio a partir da corrente de produto da etapa de aprimoramento catalítico de gasolina 763 e direciona tal hidrogênio aos gases de processo que entra em um depurador de H2S 768 e um extrator de H2S 772 similar ao processo mostrado nas FIGS. 1 a 4. Como um resultado, a quantidade de gás que passa através de trocador de calor 765 e gás/líquido separador 767 pode ser significantemente reduzido em comparação com o mesmo ponto no processo 610.

[097]Similar ao mesmo ponto no processo 610 descrito acima, o produto, agora a partir do separador de membrana 777 é esfriado em um trocador de calor 765 (que, dependendo de necessidades do processo pode ser opcional) antes de ser passado a um separador 767 que desvia uma fração de gás 769 (hidrocarbonetos gasosos Ci a Cs com outros gases do processo) a um depurador de H2S 768 e um extrator de H2S 772, enquanto uma fração de gasolina líquida aprimorada 757 é produzida como um processo produto.

[098]Similar à forma de realização descrita acima, o processo 710 inclui um reator catalítico de leito de gotejamento 759 que processa o produto diesel 756. O processo 710 inclui uma unidade de destilação parcial 771 que recebe um corrente de produto ULSD 761 do reator de leito de gotejamento 759 que pode conter alguma fração pequena de gasolina. A destilação parcial unidade 771 separa remanescente gasolina material na corrente de produto ULSD 761 e passa, tal como por intermédio de uma corrente 773, ao separador 767 quando é misturado com um já processado produto de gasolina aprimorado a partir do aprimoramento de gasolina catalítico unidade 763 e forma a corrente de produto 757 e a corrente de fração gasosa 769. A destilação parcial unidade 771 depois pode descarregar uma corrente de produto legítima ULSD 775 (isto é, uma corrente de produto que é substancialmente livre de uma fração de gasolina).

[099]Como mostrado, o processo 710 pode, se desejado, incluir uma ou mais ca-racterísticas, tais como uma unidade de reformador de vapor-PSA/MSS 770, um ex-trator de água ácida 780, um purificador de água adequado 786, um reator de oxida-ção 792 e um compressor 798, similar àqueles mostrado na FIG. 1.

[0100]Enquanto na FIG. 7, a forma de realização ilustrada é novamente mostrada sem a inclusão de um segundo reator de hidroconversão, tal como mostrado nas formas de realização descritas nas FIGS. 1 a 5, um reator de hidroconversão pode ser adicionada, tal como seguindo o trocador de calor 730, se desejado ou necessário, tal como para manter apropriadamente a qualidade do produto.

[0101]A FIG. 8 é um diagrama de fluxo esquemático de um processo para produzir combustíveis de hidrocarbonetos a partir da biomassa de acordo com uma outra forma de realização da invenção, tal processo geralmente designado pelo numeral de referência 810.

[0102]O processo 810 é geralmente similar ao processo 610 descrito acima exceto através da inclusão dos leitos sorventes de sólidos para fornecer um produto de ga-solina aprimorado.

[0103]No processo 810, a biomassa (tal como por intermédio de uma corrente 812) e hidrogênio molecular (tal como por intermédio de uma corrente 814) são introduzi-da em um vaso do reator de hidropirólise e hidroconversão 816, tal como tendo um porta de reposição de catalisador 818, para produzir uma corrente de saída 820 compreendendo um produto líquido de hidropirólise pelo menos parcialmente deso-xigenado, vapores de pirólise (gases C1-C3), H2O, CO, CO2, H2 e carvão animal. A corrente de processo de saída 820 é passada a e através de um separador de carvão animal opcional 824, um filtro de barreira 826 (tal como para remover finos de catalisador) e um trocador de calor de processo 830 que pode ser utilizado para pro- duzir vapor de processo. A corrente de produto isenta de carvão animal e particula 832 passa do trocador de calor 830 a um separador de pressão alta 842. O separador de pressão alta 842 é desejavelmente operado em uma temperatura suficientemente alta tal como para produzir uma corrente de hidrocarboneto gasosa 844, uma corrente de produto de diesel 856 e uma corrente de água 848.

[0104]A corrente de gás de hidrocarboneto 844 é passada a um aprimoramento de gasolina catalítico etapa 863 cujo produto é esfriado em um trocador de calor 865 (que, dependendo de necessidades do processo pode ser opcional) antes de ser passado a um banco de leitos sorventes sólidos 881 e 883. Observe que trocador de calor 865 pode ser opcional e é mostrado para destacar um método possivelmente adequado para manter a temperatura de entrada de gás que entra nos leitos sorventes de sólidos em um valor apropriado.

[0105]Os leitos sorventes sólidos 881 e 883 são geralmente configurados de modo que um leito recebe gás do trocador de calor 865 que absorve o produto de gasolina aprimorado e gases de exaustão suprimidos do produto de gasolina aprimorado ao depurador de H2S 868 enquanto os outros leitos sorventes de sólidos foram retirados da linha enquanto a gasolina que foi adsorvida desse modo é apropriadamente dessorvida e dirigida para a exaustão do produto de gasolina aprimorado 857. Em um período apropriado quando os leitos sorventes de sólidos fora de linha foram su-primidos da gasolina adsorvida e os outros leitos sorventes de sólidos tornam-se completamente carregados, processamento através dos leitos sorventes sólidos é apropriadamente mudado e o processo continuado, tal que os leitos sorventes de sólidos está na recepção da comunicação dos gases cuja gasolina é adsorvida com gases suprimidos da gasolina 869 dirigidos ao depurador de H2S 868 e extrator de H2S 872, enquanto os outras exaustões dos leitos sorventes de sólidos dessorvidos aprimoraram a gasolina para a exaustão do produto 857.

[0106]Como mostrado, o processo 810 pode, se desejado, incluir uma ou mais ca- racterísticas, tais como um reator catalítico de leito de gotejamento 859, uma unidade de reformador de vapor-PSA/MSS 870, uma unidade de destilação parcial 871, um extrator de água ácida 880, um purificador de água adequado 886, um reator de oxidação 892 e um compressor 898, tal como correspondendo àqueles mostrados nas formas de realização descritas acima.

[0107]Como com FIGS. 6 e 7, FIG. 8 mostra um processo forma de realização em que o segundo reator de hidroconversão mostrado nas formas de realização do pro-cesso descrito nas FIGS. 1 a 5 foi suprimido. Como observado acima, seguindo o trocador de calor 830, um reator de hidroconversão pode ser adicionado, se neces-sário, para manter a qualidade do produto.

[0108]A FIG. 9 é um diagrama de fluxo esquemático de um processo para produzir combustíveis de hidrocarbonetos a partir da biomassa de acordo com uma outra forma de realização da invenção, tal processo geralmente designado pelo numeral de referência 910.

[0109]O processo 910 é algumas vezes similar ao processo 810, descrito acima, exceto que o processo 910 emprega adsorção de gasolina. Mais particularmente, a FIG. 9 mostra uma forma de realização do processo em que um absorvedor de hi-drocarboneto é adicionada no lugar dos leitos sorventes de sólidos duplos e junto com a inclusão de outras modificações de processo serve para fornecer um produto de gasolina aprimorado.

[0110]No processo 910, a biomassa (tal como por intermédio de uma corrente 912) e hidrogênio molecular (tal como por intermédio de uma corrente 914) são introduzi-dos em um vaso do reator de hidropirólise e hidroconversão 916, tal como tendo um porta de reposição de catalisador 918, para produzir uma corrente de saída 920 compreendendo um produto líquido de hidropirólise pelo menos parcialmente deso-xigenado, vapores de pirólise (gases C1-C3), H2O, CO, CO2, H2, e carvão animal. A corrente de processo de saída 920 é passada a e através de um separador de carvão animal opcional 924, um filtro de barreira 926 (tal como para remover finos de catalisador) e um trocador de calor de processo 930 que pode ser utilizado para pro-duzir vapor de processo. A corrente de produto isenta de carvão animal e partícula 932 passa do trocador de calor 930 a um separador de pressão alta 942. O separador de pressão alta 942 é desejavelmente operado em uma temperatura suficientemente alta tal como para produzir uma corrente de hidrocarboneto gasosa 944, uma corrente de produto de diesel 956 e uma corrente de água 948.

[0111]A corrente de gás de hidrocarboneto 944 é passada a um aprimoramento de gasolina catalítico etapa 963 cujo produto é esfriado em um trocador de calor 965 (que, dependendo de necessidades do processo pode ser opcional) antes de ser passado a um absorvedor de hidrocarboneto. Como observado acima, o trocador de calor 965 pode ser opcional e está incluído na forma de realização ilustrada para mostrar um método para manter a temperatura de entrada de gás que entra em um absorvedor de hidrocarboneto em um valor apropriado. Como oposto aos leitos sor- ventes de sólidos duplos mostrados na FIG. 8, na FIG. 9, os dois leitos sorventes sólidos são substituídos por um único absorvedor de hidrocarboneto 985. O absor-vedor de hidrocarboneto 985 desejavelmente serve para descarregar continuamente uma corrente de gás isenta de gasolina 969 ao depurador de H2S 968 enquanto for-nece uma corrente rica em gasolina separada 987 a uma unidade de destilação parcial 971. A destilação unidade 971 também recebe uma corrente 961 contendo ULSD e gasolina do reator de leito de gotejamento 959. A unidade de destilação parcial 971 serve para fornecer uma corrente 975 de produto de ULSD legítimo, uma corrente 957 de gasolina aprimorada e uma corrente contendo gasolina 989 que é dirigida a um trocador de calor 991 antes de ser dirigida ao absorvedor de hidrocarboneto 985. O trocador de calor 991 pode ser opcional e está incluído nesta forma de realização para mostrar um método para manter a temperatura de entrada do gás que entra em um absorvedor de hidrocarboneto 985 em um valor apropriado. Através desta disposição, a unidade de destilação 971 produz duas correntes de produto, uma corrente de gasolina aprimorada 957 e uma corrente de ULSD legítima 975.

[0112]Como mostrado, o processo 910 pode, se desejado, incluir uma ou mais ca-racterísticas adicionais, tais como uma unidade de reformador de vapor-PSA/MSS 970, um extrator de H2S 972, um extrator de água ácida 980, um purificador de água adequado 986, um reator de oxidação 992 e um compressor 998, tal como corres-pondendo àqueles mostrados nas formas de realização descritas acima.

[0113]Como nas FIGS. 6 a 8, FIG. 9 mostra um processo forma de realização em que o segundo reator de hidroconversão mostrado nas formas de realização do processo descritas nas FIGS. 1 - 5 foi suprimido. Como observado acima, seguindo o trocador de calor 930, um reator de hidroconversão pode ser adicionado, se necessário, para manter a qualidade do produto.

[0114]Em vista do acima, deve ser avaliado que a presente invenção estende-se ao processamento da biomassa, tal como descrito nos Pedidos de Patente US Serial N2 12/419.535 identificado acima, depositado em 07 de Abril de 2009; Serial N2 12/685.352, depositado em 11 de Janeiro de 2010; Serial N2 13/089.010, depositado em 18 de Abril de 2011 e Serial N2 13/196.645, depositado em 02 de Agosto de 2011, para o processamento onde combustíveis diesel com teor de enxofre ultrabaixo e de gasolina aprimorados fracionados podem ser correntes de processo de saída. Utilizando-se destilação parcial e integração com outros processos semelhantes à refinaria, pelo menos duas correntes de combustíveis fungíveis separadas podem ser produzidas, uma dominada por líquidos na faixa do ponto de ebulição da gasolina e a outra por líquidos na faixa do ponto de ebulição do diesel. Além disso, os inventores desenvolveram uma variedade de esquemas de processo até e incluindo unidades de destilação de estágios múltiplos ligadas a uma série de reatores situados para aceitar estas faixas de ponto de ebulição assim como talvez uma faixa de combustível de jato que pode passar por aprimoramento catalítico para remover im- purezas e criar combustíveis da faixa do ponto de ebulição JP-8. Claramente, estas faixas de destilação podem ser modificadas para otimizar os hidrocarbonetos produzidos a partir de um combustível único (por exemplo, madeira produz gasolina de alto grau mas combustível diesel de qualidade mais pobre, lema produz combustível diesel superior mas gasolina relativamente mediana e combinações dos dois combustíveis por produzir faixas interessantes de combustíveis de hidrocarbonetos que devem beneficiar-se de cortes parciais de destilação cuidadosamente configurados ligados a reatores catalíticos de aprimoramento a jusante). Assim, o método aqui descrito permite a produção direta de vários combustíveis a partir de um único reator de processamento de biomassa, desse modo melhorando a economia do processo, melhorando o processo de maneira versátil e considerando um processo autocontido que pode operar de maneira independente sem nenhuma necessidade quanto a uma refinaria para produzir um combustível gasolina ou diesel acabado final.

[0115]Embora no relatório descritivo precedente, esta invenção tenha sido descrita em relação a certas formas de realização preferidas desta e muitos detalhes foram apresentados para o propósito de ilustração, estará evidente àqueles habilitados na técnica que a invenção é suscetível a formas de realização adicionais e que certos detalhes descritos aqui podem ser variados de maneira considerável sem divergir dos princípios básicos da invenção.

Claims

1. Processo para produzir combustíveis de hidrocarbonetos a partir da biomassa, CARACTERIZADO pelo fato de que o processo compreende: (a) hidrotratar biomassa em condições de reação de hidrotratamento para produzir um produto de hidrotratamento compreendendo (i) uma mistura gasosa compreendendo vapores não condensáveis e (ii) um produto de hidrocarboneto de-soxigenado incluindo frações na faixa do ponto de ebulição da gasolina e do diesel, o dito hidrotratamento compreendendo: hidropirolisar a biomassa em um reator contendo hidrogênio molecular e um catalisador de desoxigenação e adição de hidrogênio em condições de reação de hidropirólise para produzir um produto de hidropirólise de hidrocarboneto desoxigenado compreendendo carvão animal e vapores; separar substancialmente todo o dito carvão animal e partículas do dito produto de hidropirólise de hidrocarboneto desoxigenado para produzir um produto de hidropirólise substancialmente isento de carvão animal e partícula; (b) separar a dita mistura gasosa compreendendo vapores não condensáveis do dito produto de hidrotratamento e direcionar a dita mistura gasosa para um vaso para remover H2S da dita mistura gasosa; (c) separar cada uma das ditas frações na faixa do ponto de ebulição da gasolina e do diesel do dito produto de hidrotratamento e uma da outra para fornecer uma fração na faixa do ponto de ebulição da gasolina separada e uma fração na faixa do ponto de ebulição do diesel separado; (d) aprimorar as ditas frações na faixa do ponto de ebulição da gasolina e do diesel separados, em que, na dita etapa de aprimorar (d), a dita fração na faixa do ponto de ebulição do diesel separado é tratado em um reator de leito de gotejamento com diesel com teor de enxofre ultrabaixo para produzir um produto de diesel com teor de enxofre ultrabaixo.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o reator de leito de gotejamento de diesel com teor de enxofre ultrabaixo produz uma corrente de produto compreendendo primariamente o produto de diesel com teor de enxofre ultrabaixo e alguma gasolina residual, o dito processo compreendendo adicionalmente separar pelo menos uma porção da dita gasolina residual do dito produto de diesel com teor de enxofre ultrabaixo.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que na etapa (d), a dita fração na faixa do ponto de ebulição da gasolina separada é aprimorada cataliticamente em condições de aprimoramento de gasolina catalítica para formar um produto de gasolina aprimorado.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito produto de hidrotratamento compreende adicionalmente uma fração aquosa.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente separar a dita fração aquosa do dito produto de hidrotratamento.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que: a dita fração na faixa do ponto de ebulição da gasolina e a dita mistura gasosa compreendendo vapores não condensáveis são separadas simultaneamente do dito produto de hidrotratamento e, na etapa (d), são submetidas ao aprimoramento de gasolina catalítica em condições de aprimoramento de gasolina catalítica para formar um produto de aprimoramento de gasolina catalítica compreendendo gasolina cataliticamente aprimorada e um produto gasoso e compreendendo adicionalmente separar o dito produto gasoso da dita gasolina cataliticamente aprimorada.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente: separar o hidrogênio do dito produto de aprimoramento de gasolina catalítica antes da separação de outros componentes gasosos deste.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita separação do dito produto gasoso da dita gasolina cataliticamente aprimorada compreende processar o dito produto de aprimoramento de gasolina ca-talítica por intermédio de um leito sorvente eficaz para absorver a gasolina cataliti-camente aprimorada.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita separação do dito produto gasoso da dita gasolina cataliticamente aprimorada compreende processar o dito produto de aprimoramento de gasolina catalítico por intermédio de um adsorvedor de hidrocarboneto para produzir uma corrente de efluente gasoso e uma corrente rica em gasolina.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito hidrotratamento compreende ainda: hidroconverter o dito produto de hidropirólise substancialmente isento de carvão animal e partícula em um reator de hidroconversão separado usando um catalisador de hidroconversão em condições de reação de hidroconversão para produzir o produto de hidrotratamento compreendendo (i) a mistura gasosa compreendendo vapores não condensáveis e (ii) o produto de hidrocarboneto desoxigenado incluindo frações na faixa do ponto de ebulição da gasolina e diesel.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma porção da dita fração na faixa do ponto de ebulição de diesel separado é adicionada ao produto de hidropirólise substancialmente isento de carvão animal e partícula.

12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma porção da dita fração na faixa do ponto de ebulição do diesel separado é recirculada ao reator.

13. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente substituir o catali-sador no reator que foi gasto por atrito ou decomposto através de uma porta de reposição disposta no reator.

14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito reator compreende um reator de hidropi-rólise e hidroconversão.

15. Processo para produzir combustíveis de hidrocarbonetos a partir da bio-massa, CARACTERIZADO pelo fato de que o processo compreende: (a) hidropirolisar a biomassa em um vaso de reator de hidropirólise contendo hidrogênio molecular e um catalisador de desoxigenação e adição de hidrogênio, para produzir um produto de hidropirólise e hidroconversão compreendendo um gás de hidropirólise compreendendo CO2, CO e gases C1-C3, um produto de hidropirólise parcialmente desoxigenado, água e carvão animal; (b) remover substancialmente todo o dito carvão animal e partículas de pelo menos o dito produto de hidropirólise parcialmente desoxigenado para formar um produto de hidropirólise parcialmente desoxigenado substancialmente isento de carvão animal e partícula; (c) hidroconverter o dito produto de hidropirólise parcialmente desoxigenado substancialmente isento de carvão animal e partícula em um vaso do reator de hi-droconversão separado usando um catalisador de hidroconversão na presença do gás de hidropirólise para produzir um líquido de hidrocarboneto desoxigenado incluindo frações na faixa do ponto de ebulição de gasolina e diesel, uma mistura gasosa compreendendo CO, CO2, e gases de hidrocarboneto leve (C1-C3) e água; (d) reforma a vapor de pelo menos uma porção da dita mistura gasosa usando água produzida em pelo menos uma das ditas etapas de hidropirólise e hi- droconversão para produzir hidrogênio molecular reformado; (e) introduzir pelo menos uma porção do dito hidrogênio molecular reformado no dito vaso do reator de hidropirólise; (f) separar cada uma das ditas frações na faixa do ponto de ebulição de gasolina e diesel do dito líquido de hidrocarboneto desoxigenado e um do outro para fornecer uma fração na faixa do ponto de ebulição da gasolina separada e uma fração na faixa do ponto de ebulição do diesel separado; e (g) aprimorar as ditas frações na faixa do ponto de ebulição de gasolina e diesel separados, em que, na dita etapa de aprimorar (g), a dita fração na faixa do ponto de ebulição do diesel separado é tratada para fornecer um produto de diesel com teor de enxofre ultrabaixo, ao contactar a dita fração na faixa de ponto de ebulição do diesel separado com uma segunda porção do dito hidrogênio molecular reformado.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita separação de cada uma das ditas frações na faixa do ponto de ebulição de gasolina e diesel do dito líquido de hidrocarboneto desoxigenado e um do outro compreende primeiro separar as ditas frações na faixa do ponto de ebulição de gasolina e diesel do dito líquido de hidrocarboneto desoxigenado seguido por separação das ditas frações na faixa do ponto de ebulição da gasolina das ditas frações na faixa do ponto de ebulição do diesel.

17. Processo, de acordo com a reivindicação 15 ou 16, CARACTERIZADO pelo fato de que: a dita fração na faixa do ponto de ebulição da gasolina e a dita mistura gasosa são separadas simultaneamente e, na etapa (g), são submetidas a aprimoramento de gasolina catalítica em condições de aprimoramento de gasolina catalítica para formar um produto de aprimoramento de gasolina catalítica compreendendo gasolina cataliticamente aprimorada e um produto gasoso e compreendendo adicionalmente separar o dito produto gasoso da dita gasolina cataliticamente aprimorada.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 16 ou 17, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda substituir o catalisador no reator que foi gasto por atrito ou decomposto através de uma porta de reposição disposta no vaso de reator de hidropirólise.

19. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda reforma a vapor de pelo menos uma porção da dita mistura gasosa, após remoção do H2S na etapa (b), para produzir um hidrogênio molecular reformado.

20. Hidrocarboneto combustível CARACTERIZADO pelo fato de que é pro-duzido pelo processo, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14 ou 19, ou o processo como definido em qualquer uma das reivindicações 15 a 18.