BR112019022726A2

BR112019022726A2 - Unidades de pirólise e hidrocraqueamento integradas para óleo bruto para produtos químicos

Info

Publication number: BR112019022726A2
Application number: BR112019022726-1A
Authority: BR
Inventors: Meenakshi Sundaram Kandasamy; J. Stanley Stephen; M. Venner Ronald; K. Mukherjee Ujjal
Original assignee: Lummus Technology Llc
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2020-05-12
Also published as: US20210017462A1; EP3609985A2; US20210017463A1; BR112019022726B1; JP7417579B2; US10793793B2; US20190023999A1; JP2024037744A; EP3609985A4; JP2020523424A; US11634649B2; MY198003A; SA519410770B1; ZA201907280B; PH12019502489A1; RU2020117205A; US11421167B2; JP7027447B2; KR20190130661A; CN110770327A

Abstract

sistemas e processos de pirólise e hidrocraqueamento integrados para craqueamento eficiente de misturas de hidrocarbonetos, tais como misturas incluindo compostos tendo uma temperatura de ebulição normal maior que 450°c, 500°c, ou mesmo maior que 550°c, tais como materiais brutos inteiros, por exemplo, são revelados.

Description

“UNIDADES DE PIRÓLISE E HIDROCRAQUEAMENTO INTEGRADAS PARA ÓLEO BRUTO PARA PRODUTOS QUÍMICOS”

CAMPO DA REVELAÇÃO

[001] Modalidades aqui descritas referem-se de forma geral à pirólise e hidrocraqueamento integrados de misturas de hidrocarbonetos, tais como materiais brutos inteiros ou outras misturas de hidrocarbonetos, para produzir olefinas e outros produtos químicos.

FUNDAMENTOS

[002] Misturas de hidrocarbonetos tendo um ponto de ebulição final acima de 550°C geralmente não são processadas diretamente em um reator de pirólise para produzir olefinas, já que o reator forma coque razoavelmente rapidamente. Embora condições de reação limitadoras possam reduzir a tendência à incrustação, as condições menos severas resultam em uma perda significativa no rendimento.

[003] O consenso geral na técnica é que as misturas de hidrocarbonetos tendo uma ampla faixa de ebulição e/ou hidrocarbonetos tendo um alto ponto de ebulição final requerem uma separação inicial dos hidrocarbonetos em numerosas frações, tais como gás/ hidrocarbonetos leves, hidrocarbonetos de faixa de nafta, gasóleo, etc., e então craquear cada fração sob condições específicas para aquelas frações, tal como em fornos de craqueamento separados. Enquanto o fracionamento, tal como através de uma coluna de destilação, e processamento separado podem ser intensivos em capital e energia, acredita-se geralmente que o processamento separado e individual das frações proporciona o maior benefício com relação ao controle e rendimento do processo.

[004] Até o presente, a maioria dos materiais brutos foi parcialmente convertida em produtos químicos em grandes complexos de refinariapetroquímicos. O foco da refinaria é produzir combustíveis de transporte tais como gasolina e diesel. Correntes de baixo valor da refinaria, tais como GLP e nafta leve, são encaminhadas para complexos petroquímicos que podem ou não estar adjacentes à refinaria. O complexo petroquímico então produz produtos químicos tais como benzeno, para-xileno, etileno, propileno e butadieno. Um complexo típico deste tipo é mostrado na Figura 1

[005] No método convencional, o óleo bruto é dessalgado e preaquecido e

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 85/136

2/36 enviado a uma coluna de destilação de óleo bruto. Lá, vários cortes compreendendo nafta, querosene, diesel, gasóleo, gasóleo de vácuo e resíduo são produzidos. Alguns cortes, como nafta e gasóleos, são usados como alimentação para produzir olefinas. VGO e resíduo são hidrocraqueados para produzir combustíveis. Os produtos obtidos da torre de material bruto (destilação atmosférica) e da torre de vácuo são usados como combustível (gasolina, combustível a jato, diesel, etc.). Geralmente, eles não satisfazem especificações de combustível. Portanto, isomerização, reforma, e/ou hidroprocessamento (hidrodessulfurização, hidrodesnitrogenação e hidrocraqueamento) são feitos para estes produtos antes do uso como combustível. Plantas de olefina podem receber alimentações antes do refino e/ou após o refino, dependendo da refinaria.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[006] Processos integrados de pirólise e hidrocraqueamento foram desenvolvidos para processamento flexível de óleos brutos inteiros e outras misturas de hidrocarbonetos contendo precursores de coque de alto ponto de ebulição. Modalidades da presente invenção podem reduzir vantajosamente a coqueificação e incrustação durante o processo de pirólise, mesmo em condições de alta severidade, integrando eficientemente e eficazmente o hidrocraqueamento das porções mais pesadas de materiais brutos inteiros, obtendo rendimentos de olefina comparáveis a craqueadores de nafta, embora diminuindo significativamente as exigências de capital e energia associadas ao pré-fracionamento e processamento separado normalmente associado ao processamento de material bruto inteiro.

[007] Em um aspecto, modalidades aqui descritas referem-se a um processo integrado de pirólise e hidrocraqueamento para converter uma mistura de hidrocarbonetos para produzir olefinas. O processo pode incluir a mistura de um material bruto inteiro e um gasóleo para formar uma mistura de hidrocarbonetos. A mistura de hidrocarbonetos pode então ser aquecida em um aquecedor para vaporizar uma porção dos hidrocarbonetos na mistura de hidrocarbonetos e formar uma mistura de hidrocarbonetos aquecida. A mistura de hidrocarbonetos aquecida pode então ser separada, em um primeiro separador, em uma primeira fração de vapor e em uma primeira fração líquida. A primeira fração de vapor, opcionalmente misturada com vapor, e a mistura resultante podem ser

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 86/136

3/36 superaquecidas na zona de convecção e alimentadas a uma primeira serpentina radiante em uma zona radiante do reator de pirólise. A primeira fração líquida, ou uma porção da mesma, pode ser alimentada junto com hidrogênio para um sistema de reator de hidrocraqueamento, para contatar a primeira fração líquida com um catalisador de hidrocraqueamento para craquear uma porção dos hidrocarbonetos na primeira fração líquida. Um efluente recuperado do sistema de reator de hidrocraqueamento pode ser separado para recuperar hidrogênio não reagido dos hidrocarbonetos no efluente, e os hidrocarbonetos efluentes podem ser fracionados para formar duas ou mais frações de hidrocarbonetos incluindo a fração de gasóleo.

[008] Em outro aspecto, modalidades aqui descritas referem-se a um processo integrado de pirólise e hidrocraqueamento para converter uma mistura de hidrocarbonetos para produzir olefinas. O processo pode incluir a mistura de um material bruto inteiro e um gasóleo para formar uma mistura de hidrocarbonetos. A mistura de hidrocarbonetos pode ser aquecida em um aquecedor para vaporizar uma porção dos hidrocarbonetos na mistura de hidrocarbonetos e formar uma mistura de hidrocarbonetos aquecida. A mistura de hidrocarbonetos aquecida pode ser separada, em um primeiro separador, em uma primeira fração de vapor e em uma primeira fração líquida. A primeira fração líquida pode então ser aquecida em uma zona de convecção de um reator de pirólise para vaporizar uma porção dos hidrocarbonetos na primeira fração líquida e formar uma segunda mistura de hidrocarbonetos aquecida. A segunda mistura de hidrocarbonetos aquecida pode então ser separada, em um segundo separador, em uma segunda fração de vapor e em uma segunda fração líquida. Vapor pode ser misturado com a primeira fração de vapor, o processo incluindo superaquecer a mistura resultante na zona de convecção, e alimentar a mistura superaquecida a uma primeira serpentina radiante em uma zona radiante do reator de pirólise. Vapor pode também ser misturado com a segunda fração de vapor, o processo incluindo superaquecer a mistura resultante na zona de convecção, e alimentar a mistura superaquecida a uma segunda serpentina radiante em uma zona radiante do reator de pirólise. A segunda fração líquida, ou uma porção da mesma, pode ser alimentada junto com hidrogênio a um sistema de reator de hidrocraqueamento para o contato da segunda fração líquida com um catalisador de hidrocraqueamento para craquear uma porção

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 87/136

4/36 dos hidrocarbonetos na segunda fração líquida, e para recuperar um efluente do sistema de reator de hidrocraqueamento. O hidrogênio não reagido pode ser separado dos hidrocarbonetos no efluente, que pode ser fracionado para formar duas ou mais frações de hidrocarbonetos incluindo a fração de gasóleo e uma fração de resíduo.

[009] Em outro aspecto, as modalidades aqui descritas referem-se a um sistema incluindo aparelho para realizar os processos acima descritos.

[010] Em algumas modalidades, por exemplo, um sistema para produzir olefinas e/ou dienos de acordo com as modalidades da presente invenção pode incluir um aquecedor de pirólise tendo uma zona de aquecimento por convecção e uma zona de aquecimento radiante. Uma serpentina de aquecimento na zona de aquecimento por convecção pode ser provida para vaporização parcial de um material bruto para formar uma fração líquida e uma fração de vapor. Uma segunda serpentina de aquecimento na zona de aquecimento por convecção pode ser provida para superaquecer a fração de vapor. Além disso, uma serpentina de aquecimento radiante pode ser disposta na zona de aquecimento radiante para craqueamento térmico da fração de vapor superaquecido para produzir um efluente de hidrocarboneto craqueado contendo uma mistura de olefinas e parafinas. Uma zona de reação de hidrocraqueamento pode ser usada para hidrocraqueamento de pelo menos uma porção da fração líquida para produzir um efluente de hidrocarboneto hidrocraqueado contendo olefinas e/ou dienos adicionais. Condutos de fluxo, válvulas, controles, bombas e outros equipamentos podem ser incluídos no sistema para fornecer as conexões e fluxos desejados acima mencionados.

[011] Sistemas aqui podem incluir um separador para separar o efluente de hidrocarboneto hidrocraqueado para recuperar duas ou mais frações de hidrocarbonetos incluindo uma fração de gasóleo. Os sistemas aqui podem também incluir meios para misturar a fração de gasóleo com o material bruto inteiro a montante da serpentina de aquecimento. Meios para misturar vapor com a fração de vapor a montante da segunda serpentina de aquecimento também podem ser providos. Meios para misturar podem incluir, por exemplo, tubulações em tês ou conexões, bombas, misturadores estáticos, e semelhantes, dentre outros meios para misturar conhecidos na técnica.

[012] Sistemas aqui podem também incluir, por exemplo, uma terceira

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 88/136

5/36 serpentina de aquecimento na zona de aquecimento por convecção para vaporizar parcialmente a fração líquida para formar uma segunda fração líquida e uma segunda fração de vapor, e/ou uma quarta serpentina de aquecimento na zona de aquecimento por convecção para superaquecer a segunda fração de vapor. Uma segunda serpentina de aquecimento radiante na zona de aquecimento radiante pode ser usada para craquear termicamente a fração de vapor superaquecido para produzir um segundo efluente de hidrocarboneto craqueado contendo uma mistura de olefinas e parafinas. Uma linha de fluxo pode ser provida para alimentar a segunda fração líquida para a etapa de hidrocraqueamento como pelo menos uma porção da fração líquida.

[013] Sistemas aqui também podem incluir meios para misturar vapor com várias correntes contendo hidrocarbonetos. Por exemplo, sistemas aqui podem incluir meios para misturar vapor com e separar o material bruto inteiro parcialmente vaporizado para formar a fração líquida e a fração de vapor, e/ou meios para misturar vapor com e separar a fração líquida parcialmente vaporizada para formar a segunda fração líquida e a segunda fração de vapor.

[014] Em modalidades nesta descrição, o material bruto inteiro pode ser enviado a uma unidade de pirólise após dessalinização. Na seção de convecção, material leve pode ser vaporizado no ar presença de vapor e reagido na seção radiante. Os pesados são enviados ao hidrocraqueador. Produtos do hidrocraqueador podem ser vendidos como combustível e/ou processados na unidade de pirólise para produzir produtos químicos adicionais. Produtos pesados da unidade de pirólise (unidade de olefinas), como gasóleo de pirólise e óleo combustível, podem ser enviados a um hidrocraqueador para beneficiamento junto com alimentação fresca a partir de material bruto. Alimentações e produtos são trocados entre as unidades de pirólise e craqueamento integradas para produzir uma quantidade máxima de produtos químicos e/ou combustíveis conforme requerido. Somente uma pequena porção é descartada como alcatrão.

[015] As modalidades aqui não requerem uma unidade de separação de material bruto. Portanto, reduz o custo e energia associados a essa unidade. Um ou mais hidrocraqueadores operando em diferentes condições podem ser usados para otimizar produção de produtos químicos/combustíveis. A purga/alcatrão no hidrocraqueador é um material muito pesado com alto ponto

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 89/136

6/36 de ebulição e pode ser vendido como produto para maximizar vida do catalisador. À medida que o hidrocraqueador é projetado para processar resíduo, gasóleo de pirólise e óleo combustível produzido no craqueador e/ou na unidade de pirólise podem ser usados como alimentação no hidrocraqueador. Isto maximiza produtos químicos valiosos na planta geral. Material leve, como GLP e nafta produzido no hidrocraqueador, pode ser usado como alimentações na planta de olefina. Óleo não convertido pode também ser usado como alimentação para o craqueador térmico.

[016] Os processos de pirólise e hidrocraqueamento integrados aqui descritos oferecem altos rendimentos de olefinas, dienos, diolefinas e aromáticos desejados. Ao mesmo tempo, combustíveis a jato e querosene valiosos podem também ser produzidos quando requerido. Não há necessidade de instalar uma unidade separada de separação material bruto. Cada corte pode ser otimamente craqueado usando modalidades aqui. Óleo combustível produzido na unidade de pirólise também pode ser hidrocraqueado para produzir mais alimentações para a planta de olefinas. Alimentações leves produzidas no hidrocraqueador também podem ser termicamente craqueadas para produzir mais olefinas.

[017] Os diagramas de fluxo de processo mostrados nos esquemas anexos podem ser ligeiramente modificados para materiais brutos específicos e subprodutos. Outros aspectos e vantagens serão evidentes a partir da seguinte descrição e das reivindicações anexas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[018] A figura 1 é um fluxograma de processo simplificado de um complexo típico de refinaria-petroquímica.

[019] A figura 2 é um fluxograma de processo simplificado de um sistema integrado de pirólise-hidrocraqueamento para processamento de misturas de hidrocarbonetos de acordo com modalidades aqui.

[020] A figura 3 é um fluxograma de processo simplificado de um sistema integrado de pirólise-hidrocraqueamento para processamento de misturas de hidrocarbonetos de acordo com modalidades aqui.

[021] A figura 4 é um fluxograma de processo simplificado de um sistema integrado de pirólise-hidrocraqueamento para processamento de misturas de hidrocarbonetos de acordo com modalidades aqui.

[022] A figura 5 é um fluxograma de processo simplificado de um sistema

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 90/136

7/36 integrado de pirólise-hidrocraqueamento para processamento de misturas de hidrocarbonetos de acordo com modalidades aqui.

[023] A figura 6 é um fluxograma de processo simplificado de uma torre de HOPS útil com os sistemas integrados de pirólise-hidrocraqueamento para processamento de misturas de hidrocarbonetos de acordo com modalidades aqui.

[024] A figura 7 é um fluxograma de processo simplificado de um sistema integrado de pirólise-hidrocraqueamento para processamento de misturas de hidrocarbonetos de acordo com modalidades aqui.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[025] As modalidades aqui descritas referem-se em geral à pirólise e hidrocraqueamento de misturas de hidrocarbonetos, tais como materiais brutos inteiros ou outras misturas de hidrocarbonetos, para produzir olefinas. Mais especificamente, as modalidades aqui descritas referem-se à separação eficiente de misturas de hidrocarbonetos usando calor recuperado a partir de uma seção convectiva de um aquecedor no qual o craqueamento está sendo executado.

[026] Misturas de hidrocarbonetos úteis nas modalidades aqui apresentadas podem incluir várias misturas de hidrocarbonetos tendo uma faixa de ponto de ebulição, em que o ponto de ebulição final da mistura pode ser maior que 450° C ou maior que 500° C, tal como maior que 525° C, 550° C, ou 575° C. A quantidade de hidrocarbonetos de alto ponto de ebulição, tais como hidrocarbonetos com ebulição acima de 550° C, pode ser tão pequena quanto 0,1% em peso, 1% em peso ou 2% em peso, mas pode ser tão alto quanto 10% em peso, 25% em peso, 50% em peso ou mais. A descrição é explicada com relação ao material bruto, mas qualquer mistura de hidrocarbonetos de ponto final de ebulição alto, tais como materiais brutos e condensados, pode ser usada. Os Exemplos abaixo são descritos com relação a um material bruto leve Nigeriano para propósitos ilustrativos, mas o escopo do presente pedido não é limitado a tais materiais brutos. Processos aqui descritos podem ser aplicados a materiais brutos, condensados e hidrocarbonetos com uma ampla curva de ebulição e pontos finais maiores que 500° C. Tais misturas de hidrocarbonetos podem incluir materiais brutos inteiros, materiais brutos virgens, materiais brutos hidroprocessados, gasóleos, gasóleos de vácuo, óleos de aquecimento,

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 91/136

8/36 combustíveis a jato, diesel, querosenes, gasolinas, naftas sintéticas, reformatos de rafinato, líquidos de Fischer-Tropsch, gases de Fischer-Tropsch, gasolinas naturais, destilados, naftas virgens, condensados de gás natural, fundos de destiladores tubulares atmosféricos, correntes de destiladores tubulares a vácuo incluindo produtos de fundo, nafta de faixa de ebulição ampla a condensados de gasóleo, correntes de hidrocarbonetos não virgens pesadas a partir de refinarias, gasóleos de vácuo, gasóleos pesados, resíduo atmosférico, cera de hidrocraqueador, e cera de Fischer-Tropsch, dentre outros. Em algumas modalidades, a mistura de hidrocarbonetos pode incluir hidrocarbonetos que entram em ebulição da faixa de nafta ou mais leves para a faixa de gasóleo de vácuo ou mais pesada. Se desejado, estas alimentações podem ser préprocessadas para remover uma porção do enxofre, nitrogênio, metais, e Carbono Conradson a montante dos processos aqui descritos.

[027] A reação de craqueamento térmico prossegue através de um mecanismo de radical livre. Portanto, alto rendimento de etileno pode ser obtido quando é craqueado em altas temperaturas. Alimentações mais leves, como butanos e pentanos, requerem uma alta temperatura de reator para obter altos rendimentos de olefina. Alimentações pesadas, como gasóleo e gasóleo de vácuo (VGO), requerem temperaturas mais baixas. Material bruto contém uma distribuição de compostos de butanos para VGO e resíduo (material tendo um ponto de ebulição normal acima de 520°C, por exemplo). A submissão do material bruto inteiro sem separação a altas temperaturas produz um alto rendimento de coque (subproduto de hidrocarbonetos de craqueamento em alta severidade) e tampa o reator. O reator de pirólise deve ser interrompido periodicamente e o coque é limpo por descoqueificação por vapor/ar. O tempo entre dois períodos de limpeza quando as olefinas são produzidas é chamado de comprimento de corrida. Quando o material bruto é craqueado sem separação, coque pode se depositar nas serpentinas de seção de convecção (vaporização do fluido), na seção radiante (onde ocorrem as reações de produção de olefina) e/ou no trocador de linha de transferência (onde as reações são interrompidas rapidamente por resfriamento para preservar os rendimentos de olefina).

[028] Modalidades aqui descritas usam a seção de convecção de um reator de pirólise (ou um aquecedor) para preaquecer e separar a mistura de

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 92/136

9/36 hidrocarbonetos de alimentação em várias frações. Vapor pode ser injetado em locais apropriados para aumentar a vaporização da mistura de hidrocarbonetos e controlar o aquecimento e grau de separações. A vaporização dos hidrocarbonetos ocorre em temperaturas relativamente baixas e/ou adiabaticamente, de modo que coqueificação na seção de convecção será suprimida.

[029] A seção convectiva pode portanto ser usada para aquecer a mistura de hidrocarbonetos inteira, formando uma mistura vapor-líquido. Os hidrocarbonetos vaporosos serão então separados dos hidrocarbonetos líquidos, e apenas os vapores separados serão alimentados a serpentinas radiantes em uma ou mais células radiantes de um único aquecedor. A geometria da serpentina radiante pode ser de qualquer tipo. Uma serpentina de residência ótima pode ser escolhida para maximizar as olefinas e o comprimento de corrida, para a mistura de vapor de hidrocarboneto de alimentação e a severidade de reação desejada.

[030] Múltiplas etapas de aquecimento e separação podem ser usadas para separar a mistura de hidrocarbonetos em duas ou mais frações de hidrocarbonetos, se desejado. Isto permitirá o craqueamento de cada corte otimamente, tal que a taxa de transferência, razões de vapor a óleo, temperaturas de entrada e saída do aquecedor e outras variáveis podem ser controladas em um nível desejável para se alcançar os resultados desejados da reação, tal como a um perfil de produto desejado enquanto coqueificação limitada nas serpentinas radiantes e equipamento a jusante associado.

[031] Como vários cortes, dependendo do ponto de ebulição dos hidrocarbonetos na mistura, são separados e craqueados, a coqueificação nas serpentinas radiantes e os trocadores de linha de transferência podem ser controlados. Como resultado, o comprimento de corrida do aquecedor pode ser aumentado para muitas semanas, em vez de poucas horas, com maior produção de olefina.

[032] O líquido remanescente pode ser hidroprocessado (hidrotratado e/ou hidrocraqueado, por exemplo). Quando o ponto de corte é baixo, tal como em torno de 200° C, então a alimentação para o hidrocraqueador é alta. Quando o ponto final é alto, a alimentação para o hidrocraqueador é baixa para qualquer material bruto. Independentemente do ponto de corte selecionado, todo o líquido

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 93/136

10/36 remanescente pode ser enviado para o hidrocraqueador. Alternativamente, o líquido pode ser enviado para a coluna de destilação associada à separação de produto de hidroprocessamento. Aqui nesta coluna, o jato/querosene (destilados médios) será separado e somente VGO + material será hidrocraqueado em um hidrocraqueador.

[033] O VGO + material pode ser adicionalmente separado a VGO e resíduo. Qualquer material com ponto de ebulição acima de 520° C pode ser considerado como resíduo. O ponto de corte observado, 520° C, é exemplar, mas pode variar de 480° C a 560° C, por exemplo. Com separação de VGO/resíduo, hidrocraqueadores diferentes podem ser usados para processar VGO e resíduo separadamente. O hidrocraqueamento de resíduo é mais difícil do que VGO. Dependendo da qualidade do material bruto e da quantidade de resíduo, a separação do líquido pesado para VO e resíduo pode ser economicamente atrativa. Se não for economicamente atrativa, todos os líquidos podem ser hidrocraqueados no mesmo hidrocraqueador.

[034] Os efluentes do hidrocraqueador podem ser separados em uma coluna de destilação conforme discutido acima. Mesmo com hidrocraqueamento, reciclagem do resíduo tem que ser considerada cuidadosamente. Para prevenir coqueificação excessiva no reator, é necessária alguma purga de resíduos. Esta purga é uma fração de alcatrão ou piche. Quando 200° C + material líquido ou 350° C + material obtido do sistema de vaporização é enviado para o hidrocraqueador diretamente, sem ir para a coluna de destilação efluente do hidrocraqueador, a severidade do hidrocraqueador pode ser ajustada de acordo, tal como craqueamento de severidade moderada ou severidade alta. Em condições suaves, somente espécies de alto peso molecular são hidrocraqueadas, conservando a maioria dos materiais leves no bruto (destilados médios) e os efluentes são enviados para a coluna de separação de produtos. Isto produz uma quantidade máxima de combustíveis destilados médios. No modo de alta severidade, componentes leves, tais como cortes de GLP e nafta, serão aumentados. Para todos os casos aqui, uma unidade de hidrodessulfurização opcional pode ser usada antes do hidrocraqueador. Os produtos, tais como GLP, nafta, destilados médios, e óleo não convertido em ebulição abaixo do ponto de corte de resíduo (tipicamente abaixo de 540°C), podem ser enviados a uma usina de olefina como carga de alimentação. Os

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 94/136

11/36 destilados médios podem ser vendidos como produto, se desejado. Quando todos os produtos são enviados a uma planta de olefinas, a taxa de produtos químicos é aumentada. Apenas uma pequena quantidade de alcatrão, tal como menos que 5% da alimentação bruta total, pode ser enviada como alcatrão. Isto pode ser considerado modo de produção de produtos químicos máximos. Dependendo da quantidade de destilado médio vendido como produto, a produção química diminuirá. O complexo de olefina produz hidrogênio, metano, etileno, etano, propileno, propano, butadieno, butenos, butanos, C5-gasolina (C5-400°F) e gasóleo de pirólise (PGO) e óleo combustível de pirólise (PFO > 550° F). Ambos os cortes de PGO e PFO são altamente deficientes em hidrogênio e são produtos químicos menos desejáveis. Uma vez que um hidrocraqueador de resíduo é usado, todo o PGO e uma certa porção de PFO (tal como pontos de ebulição menores do que 1000°F) podem ser enviados ao hidrocraqueador de resíduo. Isto maximiza as olefinas produzidas no complexo de olefina. Com o hidrocraqueador de resíduo, PGO E PFO de alto peso molecular serão hidrocraqueados e GLP e nafta de baixo peso molecular além de outros produtos líquidos podem ser usados como alimentação para um complexo de olefinas. Isto maximiza a produção química. Todas as operações aqui podem ser realizadas sem uma torre de material bruto. Algumas modificações menores às modalidades descritas aqui são possíveis para situações locais para melhorar a economia de processo ou produto requerido. [035] Conforme notado acima, alimentações de material bruto e/ou pesado com pontos finais maiores do que 520° C ou 550° C não podem ser produzidas com sucesso e economicamente sem a separação dos mesmos, tal como por destilação a montante ou fracionamento em múltiplas frações de hidrocarbonetos. Em contraste, modalidades aqui proporcionam o uso limitado ou não de fracionadores para separar os vários hidrocarbonetos para craqueamento de material bruto. Modalidades aqui podem ter um baixo custo de capital e requerem menos energia do que os processos requerendo fracionamento extensivo. Além disso, modalidades aqui convertem a maior parte do material bruto para produzir um alto rendimento de olefinas através de craqueamento.

[036] Separando a mistura de hidrocarbonetos em várias frações de ebulição, coqueificação em cada seção pode ser controlada, projetando o

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 95/136

12/36 equipamento adequadamente e controlando as condições de operação. Na presença de vapor, a mistura de hidrocarbonetos pode ser aquecida a altas temperaturas sem coqueamento na seção de convecção. Vapor adicional pode ser adicionado para vaporizar adicionalmente o fluido adiabaticamente. Portanto, coqueificação na seção de convecção é minimizada. Como cortes de ebulição diferentes podem ser processados em serpentinas independentes, a severidade para cada corte pode ser controlada. Isto reduz a coqueificação nas serpentinas radiantes e no trocador de linha de transferência (TLE). Em geral, produção de olefina pode ser maximizada comparada com um único corte com residuais pesados (resíduo de alta ebulição) removidos. Esquemas de processamento de óleo pesado ou preaquecimento convencional do material bruto inteiro sem várias frações de ebulição produzem menos olefinas totais do que as modalidades aqui descritas. Nos processos aqui descritos, qualquer material com baixo ponto de ebulição a qualquer ponto final pode ser processado em condições ótimas para esse material. Um, dois, três ou mais cortes individuais podem ser realizados para material bruto e cada corte pode ser processado separadamente em condições ótimas.

[037] Vapor de diluição saturado e/ou superaquecido pode ser adicionado em locais apropriados para vaporizar a alimentação até o ponto desejado em cada estágio. Separações de material bruto da mistura de hidrocarbonetos são realizadas, tal como através de um tambor de vaporização instantânea ou um separador tendo estágios teóricos mínimos, para separar os hidrocarbonetos em vários cortes. Residuais pesados podem então ser processadas (atualização para a presente descrição e hidrocraqueamento e reciclagem)

[038] A mistura de hidrocarbonetos pode ser preaquecida com calor perdido de correntes de processo, incluindo efluentes do processo de craqueamento ou gás residual do reator/aquecedor de pirólise. Alternativamente, aquecedores de material bruto podem ser usados para preaquecimento. Em tais casos, para maximizar a eficiência térmica do reator de pirólise, outros fluidos frios (como água de alimentação da caldeira (BFW) ou preaquecimento ou economizador de ar) podem ser empregados como os dissipadores frios mais superiores da seção de convecção.

[039] O processo de craqueamento de hidrocarbonetos em um reator de pirólise pode ser dividido em três partes, a saber, uma seção de convecção, uma

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 96/136

13/36 seção radiante, e uma seção de resfriamento brusco, tal como em um trocador de linha de transferência (TLE). Na seção de convecção, a alimentação é preaquecida, parcialmente vaporizada, e misturada com vapor. Na seção radiante, a alimentação é craqueada (onde ocorre a reação de craqueamento principal). No TLE, o fluido de reação é rapidamente resfriado para interromper a reação e controlar a mistura do produto. Em vez de resfriamento brusco indireto por troca de calor, resfriamento brusco direto com óleo também é aceitável.

[040] Modalidades aqui utilizam eficientemente a seção de convecção para melhorar o processo de craqueamento. Todo aquecimento pode ser realizado em uma seção de convecção de um único reator em algumas modalidades. Em outras modalidades, aquecedores separados podem ser usados para as respectivas frações. Em algumas modalidades, material bruto entra na fileira superior do banco de convecção e é preaquecido, com gás residual quente gerado na seção radiante do aquecedor, na pressão operacional a temperaturas médias sem adição de vapor. As temperaturas de saída podem estar na faixa de 150° C a 400° C, dependendo do material bruto e da taxa de transferência. Nessas condições, 5% a 70% (volume) do material bruto podem ser vaporizados. Por exemplo, a temperatura de saída desta primeira etapa de aquecimento pode ser tal que nafta (tendo um ponto de ebulição normal de até cerca de 200°C) é vaporizada. Outros pontos de corte (extremidade) também podem ser usados, tais como 350° C (gasóleo), entre outros. Como a mistura de hidrocarbonetos é preaquecida com gás residual quente gerado na seção radiante do aquecedor, variações de temperatura e flexibilidade limitadas na temperatura de saída podem ser esperadas.

[041] A mistura de hidrocarboneto preaquecida entra em um tambor de vaporização instantânea para separação da porção vaporizada a partir da porção não vaporizada. Os vapores podem passar para superaquecimento adicional, misturados com vapor de diluição, e então alimentados à serpentina radiante para craqueamento. Se material suficiente não for vaporizado, vapor de diluição superaquecido pode ser adicionado ao fluido no tambor. Se material suficiente tiver evaporado, então vapor frio (saturado ou levemente superaquecido) pode ser adicionado ao vapor. Vapor de diluição superaquecido também pode ser usado ao invés de vapor frio para um equilíbrio térmico apropriado.

[042] A fração de vapor, tal como um corte de nafta, corte de gasóleo, ou

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 97/136

14/36 fração de hidrocarboneto leve, e mistura de vapor de diluição é adicionalmente superaquecida na seção de convecção e entra na serpentina radiante. A serpentina radiante pode estar em uma célula diferente, ou um grupo de serpentinas radiantes em uma única célula pode ser usado para craquear os hidrocarbonetos na fração de vapor. A quantidade de vapor de diluição pode ser controlada para minimizar a energia total. Tipicamente, o vapor é controlado a uma razão de vapor para óleo de cerca de 0,5 p/p, onde qualquer valor de 0,2 p/p a 1,0 p/p é aceitável, tal como de cerca de 0,3 p/p a cerca de 0,7 p/p.

[043] O líquido (não vaporizado) no tambor de vaporização instantânea pode ser misturado com pequenas quantidades de vapor de diluição e aquecido adicionalmente na seção de convecção em uma segunda serpentina de zona de convecção, que pode ser o mesmo ou um aquecedor diferente. A S/O (razão de vapor para óleo) para esta serpentina pode ser de cerca de 0,1 p/p, onde qualquer valor de 0,05 p/p a 0,4 p/p pode ser aceitável. À medida que este vapor também será aquecido juntamente com o material bruto, não há necessidade de injetar vapor superaquecido. Vapor saturado é adequado. O vapor superaquecido pode ser usado no lugar de vapor saturado, no entanto. O vapor superaquecido pode também ser alimentado ao segundo tambor de vaporização instantânea. Este tambor pode ser um tambor separador de vapor/líquido simples ou mais complexo como uma torre com componentes internos. Para a maioria dos materiais brutos, o ponto de ebulição final é alto e algum material nunca será vaporizado na saída desta serpentina. Temperaturas de saída típicas podem estar na faixa de cerca de 300° C a cerca de 500° C, tal como cerca de 400° C. A temperatura de saída pode ser escolhida para minimizar a coqueificação nesta serpentina. A quantidade de vapor adicionada à corrente pode ser tal que o fluxo mínimo de diluição seja usado e temperatura máxima de saída seja obtida sem coqueificação. Uma vez que algum vapor está presente, coqueificação é suprimida. Para materiais brutos de alta coqueificação, é preferido um fluxo de vapor mais elevado.

[044] Vapor superaquecido pode ser adicionado ao tambor e vaporizará a mistura de hidrocarbonetos adicional. O vapor é adicionalmente superaquecido na serpentina de convecção e entra na serpentina radiante. Para evitar qualquer condensação de vapores na linha, uma pequena quantidade de vapor de diluição superaquecido pode ser adicionada à saída do tambor (lateral de vapor). Isto

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 98/136

15/36 evitará a condensação de material pesado nas linhas, que pode eventualmente se tornar coque. O tambor pode ser projetado para acomodar este aspecto. Em algumas modalidades, uma torre de sistema de processamento de óleo pesado (HOPS) pode ser usada, considerando os materiais pesados condensados. [045] O líquido não vaporizado pode ser ainda processado ou enviado para combustível. Se líquido não vaporizado é adicionalmente processado, a torre de HOPS pode preferencialmente ser usada. Se uma porção do líquido não vaporizado for enviada para combustível, o líquido não vaporizado, quente, pode ser trocado com outros fluidos frios, tal como a carga de alimentação de hidrocarboneto ou primeira fração líquida, por exemplo, maximizando a recuperação de energia. Alternativamente, o líquido não vaporizado pode ser processado como descrito aqui para produzir olefinas adicionais e produtos de maior valor. Adicionalmente, energia térmica disponível nesta corrente pode ser usada para preaquecer outras correntes de processo ou para gerar vapor.

[046] A tecnologia de serpentina radiante pode ser qualquer tipo com tempos de residência em massa variando de 90 milissegundos a 1000 milissegundos com múltiplas filas e múltiplas passagens paralelas e/ou disposições de serpentina dividida. Elas podem ser verticais ou horizontais. O material de serpentina pode ser ligas de alta resistência com tubos aperfeiçoados de transferência de calor internamente ou vazio ou com aletas. O aquecedor pode consistir em uma caixa radiante com múltiplas serpentinas e/ou duas caixas radiantes com múltiplas serpentinas em cada caixa. A geometria e dimensões da serpentina radiante e o número de serpentinas em cada caixa podem ser iguais ou diferentes. Se o custo não for um fator, múltiplos aquecedores/trocadores de corrente podem ser empregados.

[047] Após o craqueamento nas serpentinas radiantes, um ou mais trocadores de linha de transferência podem ser usados para resfriar os produtos muito rapidamente e gerar vapor de (super) alta pressão. Uma ou mais serpentinas podem ser combinadas e conectadas a cada trocador. O(s) trocador(es) pode(m) ser trocador(es) de casco e tubo de tubo duplo ou múltiplos.

[048] Em vez de resfriamento indireto, resfriamento direto também pode ser usado. Para tais casos, óleo pode ser injetado na saída da serpentina radiante. Em seguida ao resfriamento brusco de óleo, um resfriamento brusco de água

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 99/136

16/36 pode também ser usado. Em vez de resfriamento brusco de óleo, um resfriamento brusco de toda água é também aceitável. Após resfriamento brusco, os produtos são enviados a uma seção de recuperação.

[049] A figura 2 ilustra um fluxograma de processo simplificado de um sistema integrado de pirólise e hidrocraqueamento de acordo com as modalidades aqui. Um forno tubular de queima 1 é usado para craqueamento de hidrocarbonetos em uma mistura de hidrocarbonetos para etileno e outros compostos olefínicos. O forno tubular aquecido 1 tem uma seção ou zona de convecção 2 e uma seção ou zona de craqueamento 3. O forno 1 contém um ou mais tubos de processo 4 (serpentinas radiantes) através do qual uma porção dos hidrocarbonetos introduzida no sistema através da linha de alimentação de hidrocarbonetos 22 é craqueada para produzir gases de produto mediante a aplicação de calor. Calor radiante e convectivo é fornecido pela combustão de um meio de aquecimento introduzido na seção de craqueamento 3 do forno 1 através de entradas de meio de aquecimento 8, tais como queimadores de soleira, queimadores de piso, ou queimadores de parede, e que saem através de um exaustor 10.

[050] A carga de alimentação de hidrocarboneto 22, que pode ser uma mistura de um material bruto 19 e um gasóleo 21, e que pode incluir hidrocarbonetos que entram em ebulição a partir de hidrocarbonetos de faixa de nafta para hidrocarbonetos tendo uma temperatura de ponto de ebulição normal maior que 450° C, pode ser introduzida a uma serpentina de aquecimento 24, disposta na seção convectiva 2 do aquecedor de pirólise 1. Por exemplo, cargas de alimentação de hidrocarboneto com componentes tendo uma temperatura de ebulição normal maior que 475° C, maior que 500° C, maior que 525° C, ou maior que 550° C pode ser introduzida na serpentina de aquecimento 24. Na serpentina de aquecimento 24, a carga de alimentação de hidrocarboneto pode ser parcialmente vaporizada, vaporizando os componentes mais leves na carga de alimentação de hidrocarboneto, tal como hidrocarbonetos de faixa de nafta. A carga de alimentação de hidrocarboneto aquecida 26 é então alimentada a um separador 27 para separação em uma fração de vapor 28 e em uma fração líquida 60.

[051] Vapor pode ser fornecido ao processo através da linha de fluxo 32. Várias porções do processo podem usar vapor a baixa temperatura ou vapor

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 100/136

17/36 saturado, enquanto outros podem usar vapor superaquecido a alta temperatura. Vapor a ser superaquecido pode ser alimentado através da linha de fluxo 32 para a serpentina de aquecimento 34, aquecido na zona de convecção 2 do aquecedor de pirólise 1, e recuperado através da linha de fluxo 36 como vapor superaquecido.

[052] Uma porção do vapor pode ser alimentada através da linha de fluxo 40 e misturada com fração de vapor 28 para formar uma mistura de vapor/hidrocarboneto na linha 42. A mistura de vapor/hidrocarboneto na corrente 42 pode então ser alimentada a uma serpentina de aquecimento 44. A mistura superaquecida resultante pode então ser alimentada através da linha de fluxo 46 para uma ou mais serpentinas de craqueamento 4 dispostas em uma zona radiante 3 do aquecedor de pirólise 1. O produto de hidrocarboneto craqueado pode então ser recuperado através da linha de fluxo 12 para recuperação de calor, resfriamento brusco, e recuperação de produto (não mostrado), conforme descrito acima.

[053] Vapor superaquecido 36 pode ser injetado através da linha de fluxo 72 diretamente no separador 27. A injeção de vapor superaquecido no separador pode reduzir a pressão parcial e aumentar a quantidade de hidrocarbonetos nas frações de vapor 28. Vapor ou vapor superaquecido pode também ser introduzido em um ou ambos os fluxos 22, 26.

[054] Hidrogênio 59 e a fração líquida 60, que inclui hidrocarbonetos de alto ponto de ebulição (resíduo) na mistura de alimentação 22, podem então ser alimentados a um sistema de reator de hidrocraqueamento 61. O sistema de reator de hidrocraqueamento 61 pode incluir uma ou mais zonas de reação, e pode incluir reator(es) de leito fixo, reator(es) de leito fluidizado ou outros tipos de sistemas de reação conhecidos na técnica.

[055] No sistema de reator de hidrocraqueamento 61, o hidrogênio 59 e hidrocarbonetos na fração líquida 60 podem ser contatados com um catalisador de hidrocraqueamento para hidrocraquear uma porção dos hidrocarbonetos na fração líquida para formar hidrocarbonetos mais leves, incluindo olefinas, dentre outros produtos. Um efluente 63 pode ser recuperado do sistema de reator de hidrocraqueamento 61, que pode incluir hidrogênio não reagido e vários hidrocarbonetos. Um separador 65 pode então ser usado para separar o hidrogênio não reagido 67 dos hidrocarbonetos 69 no efluente. O hidrogênio não

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 101/136

18/36 reagido pode ser reciclado para a reação continuada no sistema de reação de hidrocraqueamento 61, se desejado. O efluente de hidrocarboneto 69 pode então ser fracionado em um sistema de fracionamento 71, que pode incluir uma torre de destilação atmosférica e/ou uma torre de destilação a vácuo, para separar os hidrocarbonetos efluentes em duas ou mais frações de hidrocarbonetos, que pode incluir uma ou mais dentre uma fração de gás de petróleo leve 73, uma fração de nafta 75, uma fração de jato ou querosene 77, uma ou mais frações de gasóleo atmosférico ou de vácuo 79, e uma fração de resíduo 81. A(s) fração(ões) de gasóleo 79, ou porção(ões) do mesmo, em algumas modalidades, pode(m) então ser usada(s) como corrente 21 e combinada(s) com o material bruto inteiro 19 para formar alimentação mista de hidrocarbonetos 22, integrando o sistema de reação de hidrocraqueamento com a unidade de pirólise. Outras frações de gasóleo, incluindo aquelas de fontes externas, também podem ser usadas como corrente de alimentação 21, além de ou como uma alternativa à fração(ões) de gasóleo 79. Adicionalmente, embora não ilustrada, alimentação 22 pode incluir outras alimentações similares à fração(ões) de material bruto 19 e/ou gasóleo 79. Fração de resíduo 81, ou uma porção da mesma, pode ser retornada ao sistema de reação de hidrocraqueamento para conversão e produção adicionais de olefinas adicionais. [056] Figura 3 ilustra um fluxograma de processo simplificado de um sistema integrado de pirólise e hidrocraqueamento de acordo com as modalidades aqui. Um forno tubular de queima 1 é usado para craquear hidrocarbonetos em etileno e outros compostos olefínicos. O forno tubular de queima 1 tem seção ou zona de convecção 2 e uma seção ou zona de craqueamento 3. O forno 1 contém um ou mais tubos de processo 4 (serpentinas radiantes) através do qual uma porção dos hidrocarbonetos alimentados através da linha de alimentação de hidrocarbonetos 22 é craqueada para produzir gases de produto mediante a aplicação de calor. Calor radiante e convectivo é fornecido pela combustão de um meio de aquecimento introduzido na seção de craqueamento 3 do forno 1 através de entradas de meio de aquecimento 8, tais como queimadores de soleira, queimadores de piso, ou queimadores de parede, e que saem através de um exaustor 10.

[057] A carga de alimentação de hidrocarboneto, tal como uma um material bruto ou uma mistura de hidrocarbonetos incluindo hidrocarbonetos que entram

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 102/136

19/36 em ebulição a partir de hidrocarbonetos de faixa de nafta para hidrocarbonetos tendo uma temperatura de ponto de ebulição normal maior que 450° C, pode ser introduzida a uma serpentina de aquecimento 24, disposta na seção convectiva 2 do aquecedor de pirólise 1. Por exemplo, cargas de alimentação de hidrocarboneto com componentes tendo uma temperatura de ebulição normal maior que 475° C, maior que 500° C, maior que 525° C, ou maior que 550° C podem ser introduzidas na serpentina de aquecimento 24. Na serpentina de aquecimento 24, a carga de alimentação de hidrocarboneto pode ser parcialmente vaporizada, vaporizando os componentes mais leves na carga de alimentação de hidrocarboneto, tal como hidrocarbonetos de faixa de nafta. A carga de hidrocarboneto aquecida 26 é então alimentada a um separador 27 para separação em uma fração de vapor 28 e em uma fração líquida 30.

[058] Vapor pode ser fornecido ao processo através da linha de fluxo 32. Várias porções do processo podem usar vapor a baixa temperatura ou vapor saturado, enquanto outras podem usar vapor superaquecido a alta temperatura. Vapor a ser superaquecido pode ser alimentado através da linha de fluxo 32 para a serpentina de aquecimento 34, aquecido na zona de convecção 2 do aquecedor de pirólise 1, e recuperado através da linha de fluxo 36 como vapor superaquecido.

[059] Uma porção do vapor pode ser alimentada através da linha de fluxo 40 e misturada com fração de vapor 28 para formar uma mistura de vapor/hidrocarboneto na linha 42. A mistura de vapor/hidrocarboneto na corrente 42 pode então ser alimentada a uma serpentina de aquecimento 44. A mistura superaquecida resultante pode então ser alimentada através da linha de fluxo 46 a uma serpentina de craqueamento 4 disposta em uma zona radiante 3 do aquecedor de pirólise. O produto de hidrocarboneto craqueado pode então ser recuperado através da linha de fluxo 12 para recuperação de calor, resfriamento brusco e recuperação de produto.

[060] No mesmo ou em um aquecedor separado, a fração líquida 30 pode ser misturada com vapor 50 e alimentada à serpentina de aquecimento 52 disposta na zona convectiva 2 do reator de pirólise 1. Na serpentina de aquecimento 52, a fração líquida pode ser parcialmente vaporizada, vaporizando os componentes mais leves remanescentes na carga de alimentação de hidrocarboneto, tal como hidrocarbonetos de faixa média a gasóleo. A injeção de

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 103/136

20/36 vapor na fração líquida 30 pode ajudar a prevenir a formação de coque na serpentina de aquecimento 52. A fração líquida aquecida 54 é então alimentada a um separador 56 para separação em uma fração de vapor 58 e em uma fração líquida 60.

[061] Uma porção do vapor superaquecido pode ser alimentada através da linha de fluxo 62 e misturada com fração de vapor 58 para formar uma mistura de vapor/hidrocarboneto na linha 64. A mistura de vapor/hidrocarboneto na corrente 64 pode então ser alimentada a uma serpentina de aquecimento 66. A mistura superaquecida resultante pode então ser alimentada através da linha de fluxo 68 a uma serpentina de craqueamento 4 disposta em uma zona radiante 3 do aquecedor de pirólise. O produto de hidrocarboneto craqueado pode então ser recuperado via linha de fluxo 13 para recuperação de calor, resfriamento brusco, e recuperação de produto.

[062] Vapor superaquecido pode ser injetado através das linhas de fluxo 72, 74 diretamente para os separadores 27, 56, respectivamente. A injeção de vapor superaquecido nos separadores pode reduzir a pressão parcial e aumentar a quantidade de hidrocarbonetos nas frações de vapor 28, 58.

[063] Além de aquecer as correntes de hidrocarboneto e vapor, a zona de convecção 2 pode ser usada para aquecer outras correntes de processo e correntes de vapor, tais como através de serpentinas 80, 82, 84. Por exemplo, serpentinas 80, 82, 84 pode ser usada para aquecer BFW (Água de alimentação da caldeira) e preaquecer vapor SHP (pressão super alta), dentre outros.

[064] A colocação e o número de serpentinas 24, 52, 34, 44, 66, 80, 82, 84 podem variar dependendo do projeto e das cargas de alimentação esperadas disponíveis. Desta maneira, a seção de convecção pode ser projetada para maximizar a recuperação de energia do gás residual. Em algumas modalidades, pode ser desejado dispor a serpentina de superaquecimento 44 em um local de temperatura de gás residual mais alta do que a serpentina de superaquecimento 66. Craqueamento dos hidrocarbonetos mais leves pode ser realizado em maior severidade, e localizando as serpentinas de superaquecimento apropriadamente, condições de craqueamento podem ser melhoradas ou adaptadas ao corte de vapor específico. Do mesmo modo, onde as frações de vapor são processadas em aquecedores separados, a localização das serpentinas, condições de aquecimento e outras variáveis podem ser

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 104/136

21/36 independentemente ajustáveis para combinar as condições de craqueamento até a severidade desejada.

[065] Em algumas modalidades, o primeiro separador 27 pode ser um tambor de vaporização instantânea, e segundo separador 56 pode ser uma torre de sistema de processamento de óleo pesado (HOPS), conforme ilustrado na Figura 6, descrita abaixo.

[066] A fração líquida 60 pode então ser processada em um sistema de hidrocraqueamento integrado conforme descrito acima com relação à Figura 2. Hidrogênio 59 e fração líquida 60, que inclui hidrocarbonetos de alto ponto de ebulição (resíduo) na mistura de alimentação 22, podem ser alimentados a um sistema de reator de hidrocraqueamento 61, que pode incluir uma ou mais zonas de reação, e podem incluir reator(es) de leito fixo, reator(es) de leito fluidizado ou outros tipos de sistemas de reação conhecidos na técnica.

[067] No sistema de reator de hidrocraqueamento 61, a fração líquida 60 pode ser contatada com um catalisador de hidrocraqueamento para craquear uma porção dos hidrocarbonetos na fração líquida para formar hidrocarbonetos mais leves, incluindo olefinas, dentre outros produtos. Um efluente 63 pode ser recuperado do sistema de reator de hidrocraqueamento 61, que pode incluir hidrogênio não reagido e vários hidrocarbonetos. Um separador 65 pode então ser usado para separar o hidrogênio não reagido 67 dos hidrocarbonetos 69 no efluente. O efluente de hidrocarboneto 69 pode então ser fracionado em um sistema de fracionamento 71, que pode incluir uma torre de destilação atmosférica e/ou uma torre de destilação a vácuo, para separar os hidrocarbonetos efluentes em duas ou mais frações de hidrocarbonetos, que pode incluir uma ou mais de uma fração de gás de petróleo leve 73, uma fração de nafta 75, uma fração de jato ou querosene 77, uma ou mais frações de gasóleo atmosférico ou de vácuo 79, e uma fração de resíduo 81. A(s) fração(ões) de gasóleo 79, ou porção(ões) pode então ser usada como corrente 21 e combinada com o material bruto inteiro 19 para formar alimentação mista de hidrocarbonetos 22, integrando o sistema de reação de hidrocraqueamento com a unidade de pirólise. Fração de resíduo 81, ou uma porção da mesma, pode ser retornada ao sistema de reação de hidrocraqueamento para conversão e produção adicionais de olefinas adicionais.

[068] Embora não ilustrado nas Figuras 2 ou 3, hidrocarbonetos adicionais

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 105/136

22/36 na fração líquida 60 podem ser volatilizados e craqueados, maximizando a recuperação de olefinas do processo. Por exemplo, fração líquida 60 pode ser misturada com vapor, formando uma mistura vapor/óleo. A mistura vapor/óleo resultante pode então ser aquecida na zona de convecção 2 do reator de pirólise 1 para vaporizar uma porção dos hidrocarbonetos na mistura de vapor/óleo. A corrente aquecida pode então ser alimentada a um terceiro separador para separar a fração de vapor, tal como hidrocarbonetos de faixa de gasóleo de vácuo, a partir da fração líquida. Vapor superaquecido pode também ser introduzido no separador para facilitar separações, bem como à fração de vapor recuperada para impedir a condensação nas linhas de transferência antes da introdução da fração de vapor em serpentinas de craqueamento para produzir olefinas. A fração líquida recuperada do separador pode incluir os componentes de ebulição mais pesados da mistura de hidrocarbonetos 22, tais como hidrocarbonetos tendo uma temperatura de ponto de ebulição normal maior que 520° C ou 550° C, e essa fração líquida resultante pode ser ainda processada através do sistema de hidrocraqueamento integrado conforme descrito acima com relação às Figuras 2 e 3.

[069] A configuração das Figuras 2 e 3 proporciona vantagens significativas em relação ao processo tradicional de pré-fracionamento da totalidade da carga de alimentação mista em frações separadamente processadas. Flexibilidade de processo adicional, tal como a capacidade de processar cargas de alimentação amplamente variáveis, pode ser alcançada com a modalidade ilustrada na Figura 4.

[070] Conforme ilustrado na Figura 4, em que números iguais representam partes iguais, uma alimentação de hidrocarboneto misturado 22 pode ser alimentada a um aquecedor 90. No aquecedor 90, a alimentação de hidrocarboneto pode ser contatada em troca de calor indireta com um meio de troca de calor 96 para aumentar a temperatura da alimentação de hidrocarbonetos 22, resultando em uma alimentação aquecida 92. A alimentação aquecida 92 pode permanecer um líquido ou pode ser parcialmente vaporizada. O meio de troca de calor 96 pode ser um óleo de troca de calor, vapor, uma corrente de processo, etc., usado para fornecer calor para a alimentação mista de hidrocarbonetos 22.

[071] Alimentação aquecida 92 pode então ser introduzida no separador 27

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 106/136

23/36 para separar hidrocarbonetos mais leves de hidrocarbonetos mais pesados. Vapor 72 também pode ser introduzido no separador 27 para aumentar a volatilização dos hidrocarbonetos mais leves. A fração de vapor 28 e a fração líquida 30 podem então ser processadas conforme descrito acima com relação às Figuras 2 e 3, craqueando uma ou mais frações de vapor para produzir olefinas e recuperar uma fração de hidrocarbonetos pesados contendo hidrocarbonetos tendo pontos de ebulição normais muito altos, tais como maiores que 550° C

[072] Quando o preaquecimento bruto é feito externamente em um trocador ou em um preaquecedor, conforme mostrado na Figura 4, os economizadores ou serpentinas BFW 83 podem ocupar a(s) fileira(s) superior(es) da seção de convecção 2. Para melhorar a eficiência adicionalmente, gás residual de dois ou mais aquecedores pode ser coletado e um gás residual combinado pode ser usado para recuperar calor adicional, tal como preaquecendo a alimentação, preaquecendo o ar de combustão, gerando vapor a baixa pressão ou aquecendo outros fluidos de processo.

[073] Vapor tem uma capacidade de aquecimento muito baixa, e o calor de vaporização de óleo é também significativo. Além disso, a energia térmica disponível na zona de convecção de um reator de pirólise não é infinita, e as múltiplas tarefas de volatilizar a alimentação de hidrocarbonetos, superaquecer vapor e superaquecer as misturas de hidrocarboneto/vapor às serpentinas radiantes, podem resultar em rejeição de uma grande quantidade de material de alto ponto de ebulição. Um aquecedor separado pode ser usado para preaquecer a carga de alimentação de hidrocarboneto e/ou vapor de diluição, resultando no processo global tendo um maior grau de flexibilidade no processamento de misturas de hidrocarbonetos que possuem tanto altas quanto baixas quantidades de hidrocarbonetos mais pesados e melhorando o rendimento global de olefinas da mistura de hidrocarbonetos.

[074] Esta modalidade é estendida na Figura 5, onde um aquecedor dedicado 100 é usado para preaquecer somente a carga de alimentação de hidrocarboneto. O aquecedor 100 preferivelmente não craqueia qualquer alimentação em olefinas; em vez disso, leva o papel do aquecimento da seção de convecção como descrito acima. As temperaturas citadas com relação à Figura 5 são apenas exemplares, e podem ser variadas para atingir os cortes de

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 107/136

24/36 hidrocarbonetos desejados.

[075] O material bruto 102 é alimentado a uma serpentina de aquecimento 104 e preaquecido no aquecedor 100 a uma temperatura relativamente baixa. A alimentação aquecida 106 é então misturada com vapor 108, que pode ser vapor de diluição ou vapor de diluição superaquecido. O preaquecimento e contato com vapor podem vaporizar hidrocarbonetos tendo um ponto de ebulição normal de cerca de 200° C e menos (isto é, uma fração de nafta). Os hidrocarbonetos volatilizados e vapor podem então ser separados de hidrocarbonetos não volatilizados no tambor 110, recuperando uma fração de vapor 112 e uma fração líquida 114. A fração de vapor 112 pode então ser adicionalmente diluída com vapor, se necessário, superaquecido em uma seção de convecção e enviado para serpentinas radiantes de um reator de pirólise (não mostrado).

[076] A fração líquida 114 pode ser misturada com vapor de diluição 116, que pode ser um vapor de diluição saturado, alimentado à serpentina de aquecimento 117 e aquecido no aquecedor de queima 100 a temperaturas moderadas. A fração líquida aquecida 118 pode então ser misturada com vapor de diluição superaquecido 120 e a mistura alimentada ao tambor separador 122. Hidrocarbonetos, em ebulição na faixa de cerca de 200° C a cerca de 350° C, são vaporizados e recuperados como uma fração de vapor 124. A fração de vapor 124 pode então ser superaquecida e enviada a uma seção radiante de um reator de pirólise (não mostrado).

[077] A fração líquida 126 recuperada do tambor de vaporização instantânea 122 é novamente aquecida com vapor de diluição saturado (ou superaquecido) 127, e passado através das serpentinas 128 e adicionalmente superaquecido no aquecedor de queima 100. Vapor de diluição superaquecido 130 pode ser adicionado à água corrente de líquido/vapor aquecida 132 e alimentado ao separador 134 para separação em uma fração de vapor 136 e em uma fração líquida 138. Esta separação irá cortar uma porção de 350° C a 550° C (VGO), recuperada como uma fração de vapor 136, que pode ser superaquecido com vapor de diluição adicional, se necessário, e enviado a uma seção radiante de um reator de pirólise (não mostrado).

[078] Em algumas modalidades, o separador 134 pode ser um tambor de vaporização instantânea. Em outras modalidades, o separador 134 pode ser uma torre de HOPS. Alternativamente, o sistema de separação 134 pode incluir

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 108/136

25/36 tanto um tambor de vaporização instantânea e uma torre de HOPS, onde a fração de vapor 136 pode ser recuperada de um tambor de vaporização instantânea e é então adicionalmente aquecida com vapor de diluição e alimentada a uma torre de HOPS. Onde uma unidade HOPS é usada, somente material vaporizável será craqueado. O material não vaporizado 138 pode ser recuperado e enviado para combustível, por exemplo, ou processado adicionalmente para produzir olefinas adicionais como descrito abaixo. Vapor de diluição adicional será adicionado ao vapor antes de enviá-lo para uma seção radiante de um reator de pirólise (não mostrado). Desta maneira, com um aquecedor de queima separado, muitos cortes são possíveis e cada corte pode ser craqueado otimamente.

[079] Para cada uma das modalidades descritas acima, é possível um projeto de aquecedor comum. Para aumentar a eficiência térmica de tal aquecedor, a fileira superior (abaixador frio) pode ser qualquer fluido de baixa temperatura ou BFW ou economizador, tal como mostrado na Figura 4. O aquecimento e superaquecimento dos fluidos com ou sem vapor pode ser feito na seção de convecção ou na seção radiante ou nas duas seções do aquecedor queimado. Superaquecimento adicional pode ser feito na seção de convecção do aquecedor de craqueamento. Nos aquecedores, o aquecimento máximo do fluido deve ser limitado a temperaturas mais baixas do que as temperaturas de coqueificação do material bruto, que para a maioria dos materiais brutos pode estar em torno de 500° C. Em temperaturas mais altas, vapor de diluição suficiente deve estar presente para suprimir a coqueificação.

[080] O vapor de diluição também pode ser superaquecido, de modo que o equilíbrio de energia do aquecedor de craqueamento não afete significativamente a severidade de craqueamento. Tipicamente, o vapor de diluição é superaquecido no mesmo aquecedor (chamado integral) onde a alimentação é craqueada. Alternativamente, o vapor de diluição pode ser superaquecido em aquecedores separados. O uso de um superaquecedor de vapor de diluição integral ou separado depende da energia disponível no gás residual.

[081] Um esboço simples de uma torre de HOPS 150 é mostrado na Figura 6. Várias modificações deste esquema são possíveis. Na torre de HOPS, vapor de diluição superaquecido 152 é adicionado ao líquido quente 154, e uma zona

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 109/136

26/36 de separação 156, incluindo 2 a 10 estágios teóricos é usada para separar os hidrocarbonetos vaporizáveis dos hidrocarbonetos não vaporizáveis. Por este processo, o transporte de gotículas finas para a fração de topo 160 é reduzido, já que líquidos de transporte de alto ponto de ebulição no vapor causarão a coqueificação. Os hidrocarbonetos pesados, não vaporizáveis são recuperados na fração de fundo 162, e os hidrocarbonetos vaporizáveis e vapor de diluição são recuperados na fração de produto de topo 164. A torre de HOPS 150 pode incluir alguns distribuidores internos com e/ou sem recheio. Quando a torre HOPS é usada, separação de vapor/líquido pode ser quase ideal. O ponto final do vapor é previsível, baseado em condições de operação, e qualquer condução líquida sobre a fase vapor pode ser minimizada. Embora esta opção seja mais cara do que um tambor de vaporização instantânea, os benefícios de coqueificação reduzida reduzem suficientemente a despesa adicional. Os líquidos na corrente 162 são reciclados para um estágio apropriado do processo para processamento continuado.

[082] Em modalidades aqui, todas as frações de vapor podem ser craqueadas no mesmo reator em serpentinas diferentes. Desta maneira, um único aquecedor pode ser usado para diferentes frações e condições ótimas para cada corte podem ser obtidas. Alternativamente, podem ser usados múltiplos aquecedores.

[083] O material não volatilizado resultante, tal como aquele nas correntes 60, 138, pode ser alimentado a uma unidade de hidrocraqueamento integrada, conforme ilustrada e descrita acima com relação às Figuras 2 e 3.

[084] Em algumas modalidades, pode ser desejado processar adicionalmente uma ou mais das frações líquidas, tal como fração líquida 30 ou 60, para remover metais, nitrogênio, enxofre, ou resíduo de Carbono Conradson antes de processamento adicional dentro do sistema integrado de hidrocraqueamento e pirólise. Uma configuração para este tratamento e integração adicionais de acordo com as modalidades da presente invenção é ilustrada na Figura 7.

[085] Conforme ilustrado na Figura 7, uma mistura de hidrocarbonetos 222, tal como um material bruto inteiro ou um material bruto integral misturado com um gasóleo, conforme descrito acima para alimentação 22 com relação às Figuras 2 e 3 por exemplo, é enviada para a zona de convecção 202 de um

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 110/136

27/36 aquecedor de pirólise 201. A mistura aquecida 224 é vaporizada no separador 203 e a fração de vapor 204 é enviada para a seção de reação do aquecedor de pirólise 201 (zona radiante) 205, em que a corrente de vapor é convertida em olefinas. O efluente resultante 206 é então enviado para uma seção de recuperação de olefinas 208, em que os hidrocarbonetos podem ser separados através de fracionamento em vários cortes de hidrocarbonetos, tal como uma fração de gás de petróleo leve 209, uma fração de nafta 210, uma fração de jato ou diesel 211, e uma fração de pesados 212.

[086] A porção líquida 214 recuperada do separador 203 pode ser hidrotratada em um sistema de reator de leito fixo 216 para remover um ou mais metais, enxofre, nitrogênio, CCR, e asfaltenos e para produzir um líquido hidrotratado 218 com densidade mais baixa. O líquido 218 é então enviado para a zona de convecção 220 de um aquecedor de pirólise 221. Um separador 219 pode ser usado para remover vapores 245 do líquido hidrotratado 218 em algumas modalidades, em que os vapores 245 podem ser reagidos na seção de reação 205 do aquecedor de pirólise 201, na mesma ou em uma serpentina diferente como vapor 204.

[087] A mistura aquecida 243 resultante do aquecimento do líquido 218 na zona de convecção 220 é então vaporizada em um separador 226 e o vapor 227 é enviado para a zona de reação 228 do aquecedor de pirólise 221, em que a corrente de vapor é convertida em olefinas e enviada através da linha de fluxo 247 para a seção de recuperação de olefinas 208.

[088] O líquido 229 do separador 226 é enviado para um reator de hidrocraqueamento de leito fluidizado ou de pasta fluida 250 para conversão quase total da ebulição líquida nominalmente acima de 550° C para converter os hidrocarbonetos a < 550° C. O efluente 253 da zona de reação de hidrocraqueamento 250 pode ser alimentado à zona de separação 255, onde os produtos mais leves 251 do efluente do reator são destilados e enviados para as respectivas zonas do reator de pirólise nos aquecedores 201 e 221, e podem ser encaminhados através de hidrotratadores 216 ou simplesmente combinados com correntes similares de ponto de ebulição que são alimentadas às zonas do reator de pirólise.

[089] O líquido 212 da seção de fracionamento 208 (essencialmente 370550°C) é enviado para uma unidade de hidrocraqueamento de conversão

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 111/136

28/36 completa 260 integrada com o restante do sistema de hidrocraqueamento de leito fluidizado ou pasta fluida 250 para conversão total para nafta 261 ou uma nafta e Corrente de óleo não convertido 261. No caso de todo o produto de nafta na corrente 261, a nafta 261 pode ser processada em uma zona de reação de um aquecedor de pirólise separado (não ilustrado) ou uma serpentina de aquecimento dentro de uma das zonas de reação 205, 228. Em outras modalidades, a nafta e o fluxo de óleo não convertido 261 podem ser separados em um ou mais separadores 270, 272 em várias frações 274, 276 que podem ser alimentadas às zonas de reação 205, 228 para co-processamento ou processamento separado com frações de vapor 204, 245, 227 nas respectivas zonas de reação 205, 228. Aquecimento e separação da corrente de óleo não convertido, ou uma porção do mesmo, pode ocorrer em uma seção de convecção 290 de um aquecedor de pirólise 292. Os líquidos 280 na corrente de óleo não convertido podem então ser enviados para sua própria seção de reação de pirólise 294 no aquecedor de pirólise 292 para conversão em olefinas. O efluente de pirólise 296 pode então ser alimentado para a zona de recuperação de olefinas 208.

[090] As modalidades aqui descritas podem eliminar a refinaria em geral enquanto tornando o processo de material bruto a produtos químicos muito flexível em termos de material bruto. Os processos aqui descritos são flexíveis para materiais brutos com altos níveis de contaminantes (enxofre, nitrogênio, metais, CCR) e isto distingue o mesmo de processos brutos inteiros que podem manipular somente materiais crus ou condensados muito leves. Em oposição ao hidrotratamento da totalidade do material bruto inteiro, que envolvería volumes de reator muito grandes e ineficiente em termos de adição de hidrogênio, os processos aqui apenas adicionam hidrogênio, conforme requerido e no ponto direito no processo.

[091] Adicionalmente, modalidades da presente invenção utilizam uma mistura única de zonas de convecção de pirólise e de reação para processamento de diferentes tipos de alimentações derivadas de hidrotratamento seletivo e hidrocraqueamento de componentes brutos. Conversão completa do material bruto pode ser obtida sem uma refinaria.

[092] O vapor e o líquido produzidos na seção de convecção podem ser separados eficientemente através dos separadores HOPS. Modalidades aqui

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 112/136

29/36 usam a seção de convecção do primeiro aquecedor para separar componentes leves que podem ser prontamente convertidos em olefinas e não necessitam de hidrotratamento. O líquido pode então ser convertido eficientemente para remover heteroátomos que afetam a taxa de rendimento/incrustação antes da pirólise adicional usando um sistema catalisador de leito fixo para HDM, DCCR, HDS e HDN. As modalidades da presente invenção podem também usar uma reação de hidrocraqueamento de leito fluidizado ou pasta fluida e sistema de catalisador para conversão dos componentes mais pesados em material bruto em uma etapa intermediária.

[093] As modalidades aqui podem adicionalmente utilizar um sistema de hidrocraqueamento de leito fixo para converter os produtos aromáticos, de baixa densidade derivados da conversão dos componentes brutos mais pesados em produtos de alto teor de hidrogênio que podem então ser enviados para a pirólise. As modalidades da presente invenção podem também minimizar a produção de óleo combustível de pirólise através da adição cuidadosa de hidrogênio e conduzindo a reação de pirólise em aquecedores dedicados ajustados para a alimentação sendo processada. A produção de óleo de pirólise é minimizada pelos sistemas de hidrogenação capazes de lidar com diferentes cortes de alimentação, tal como pela separação das alimentações em separadores HOPS. O óleo de pirólise produzido por modalidades aqui é recuperado e hidroprocessado dentro das diferentes seções de hidrocraqueamento, evitando exportação de óleo de pirólise de baixo valor.

[094] Adicionalmente, uma característica das modalidades aqui é o hidrocraqueamento de óleo combustível de pirólise e craqueamento térmico do material hidrocraqueado. O VGO típico contém cerca de 12-13% em peso de hidrogênio enquanto o PFO contém cerca de 7% em peso de hidrogênio. Além disso, o PFO pode conter uma quantidade significativa de aromáticos polinucleares, incluindo moléculas de hidrocarboneto com mais de 6 anéis. Portanto, é mais fácil hidrocraquear gasóleo a vácuo do que PFO. O hidrocraqueador em modalidades aqui pode ser projetado para lidar com tais alimentações pesadas.

[095] Exemplos

[096] Exemplo 1: material bruto de Árabe

[097] A tabela 1 mostra os rendimentos calculados obtidos para

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 113/136

30/36 craqueamento bruto. Todos os cálculos são baseados em um modelo teórico. Presumindo que o comprimento de corrida (mesmo poucas horas) não é um fator, rendimentos em alta severidade são mostrados, embora outras severidades possam ser usadas.

[098] Para este Exemplo, é considerado um material bruto leve Nigeriano. O material bruto tinha as propriedades e a curva de destilação, conforme mostrado na Tabela 1.

Tabela 1

Gravidade específica	0,79
Enxofre, % em peso	0,04
Resíduo de micro-carbono (MCRT), % em peso	0,67
metais, ppm	2,1
Asfalteno C7, % em peso	0,11

Ponto de extremidade de TBP °C	Rendimento cumulativo (% em peso)
<80	11,7
150	30,2
200	43,5
260	58,1
340	78,2
450	93,6
570	97,7
Resíduo (570°C +)	100

[099] Os rendimentos simulados de pirólise para o craqueamento do material bruto, calculado com base em um modelo, são mostrados na Tabela 2. Três casos foram estudados para este exemplo, incluindo: Caso 1 -material bruto inteiro com integração de produto de gasóleo; Caso 2 - material bruto inteiro com integração de gasóleo e um hidrocraqueador de resíduo, e um caso de referência, Caso 3 - pirólise de uma nafta de faixa completa.

[0100] Um corte de nafta (<200°C), corte de gasóleo (200-340°C, e VGO+

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 114/136

31/36 (>340° C) são considerados. No Caso 1, os cortes de nafta e gasóleo são como tais craqueados nas serpentinas de pirólise. O material VGO+ é enviado a um hidrocraqueador de resíduos. Os produtos do hidrocraqueador são enviados para a unidade de pirólise. Uma pequena fração é removida do hidrocraqueador como purga para minimizar a taxa de incrustação do hidrocraqueador.

[0101] No Caso 2, gasóleo de pirólise e óleo combustível de pirólise (205° C +) produzidos são enviados ao hidrocraqueador de resíduos e os produtos do hidrocraqueador são enviados para a unidade de pirólise, similar ao Caso 1.

[0102] Para todos os casos, as alimentações são craqueadas a alta severidade para minimizar o consumo de alimentação. Uma nafta de faixa total típica, de referência é considerada. As propriedades de nafta são: gravidade específica = 0,708, ponto de ebulição inicial = 32° C, 50% em volume = 110° C, ponto de ebulição final = 203° C; parafinas = 68% em peso, nafterenos = 23,2% em peso, e aromáticos = 8,8% em peso.

[0103] Para todos os casos, etano e propano produzidos na planta de olefina são reciclados para extinção. Etano é craqueado a 65% de nível de conversão. Um aquecedor altamente seletivo de duas SRT é usado para este exemplo. A pressão de saída da serpentina é escolhida a 1,7 bara (170 kPa).

[0104] A tabela a seguir mostra o equilíbrio de material para uma tonelada métrica típica de 1 milhão de etileno em alta severidade.

Tabela 2

ALIMENTAÇÃO	Caso 1	Caso 2	Caso 3

Material bruto para complexo (unidades de peso)	3130,7	2937,9
Nafta para Complexo			2970
Vapor de reação	3,5	3,5	3,3
Alimentação total	3134,2	2941,4	2973,3
SEVERIDADE	Alta	Alta	Alta

Produtos,
H2 + gás	456	457,8	516,2

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 115/136

32/36

combustível
C2H4	1000	1000	1000
C3H6	448,1	454,3	422,1
C4s brutos	276,9	279,8	245,9
Pygas C5 para 240°C	651,1	666	631,5
PGO/PFO	174,9	—	155,9
Gases ácidos	1,8	1,8	1,7
Resíduo	125,2	—	0
Purga como PFO	—	81,8	0
Total	3134,2	2141,4	2973,3

Rendimento C2H4 último, % em peso	31,94	34,03	33,67
Rendimento C3H6 último, % em peso	14,31	15,46	14,21
Rendimento C2H4 + C3H6 último, % em peso	46,25	49,5	47,88

[0105] O hidrocraqueamento dos pesados e o envio dos produtos para a planta de olefina como carga de alimentação produz rendimentos finais comparáveis a um craqueador de nafta. Quando um hidrocraqueador de resíduo não é usado, não somente resíduo é hidrocraqueado, mas também o óleo combustível produzido no complexo de olefina pode ser hidrocraqueado e integrado como uma alimentação para o complexo de olefina. Isto melhora o rendimento final e é melhor que um craqueador de nafta típico. Sem separar o material bruto em várias frações, o material bruto pode ser processado no complexo de olefinas integrando com um hidrocraqueador convencional e/ou um hidrocraqueador de resíduo. Isto melhorará a produção final de olefinas, minimizando o consumo de alimentação e aperfeiçoando a economia de craqueamento bruto. A produção de óleo combustível menos valioso é reduzida significativamente, preservando os recursos.

[0106] Quando combustíveis de alto valor como querosene e/ou diesel são

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 116/136

33/36 requeridos, estes produtos podem ser obtidos a partir da coluna de destilação usada no hidrocraqueador. Estes podem não ser roteados para o complexo de olefina - à medida que eles passaram através de um hidrocraqueador, eles irão também satisfazer a especificação de combustível, evitar unidades de hidroprocessamento separadas requeridas com a unidade de destilação crua quando elas são produzidas a partir da coluna bruta. Isto reduz o investimento de capital. Além disso, as folhas de fluxo propostas aqui podem ser modificadas para satisfazer a razão necessária de olefina para combustível.

[0107] Exemplo 2

[0108] Usando um material bruto Árabe, o balanço material a seguir é gerado.

[ Balanço Material para Base livre de GLP de alimentação de material bruto 11564 KTA

CASO Γ i Craqueamento de resíduo de vácuo?	Não ί	2A Sim	Sim i	ΐ 1B Não	2B Sim	Sim :
i Reciclo de óleo combustível?	Não ί	Não	Sim i	Não	Não	Sim ;
i Severidade de craqueamento	Alta ί	Alta	Alta i		SsátííS

i Gás leve ;	668,4 (	668,4	668,4 )	( 668,4	668,4	668,4 i
i Nafta leve ;	2889,2 (	2889,2	2889,2 )	( 2889,2	2889,2	2889,2 i
i Nafta pesada i	2390,0 )	2390,0	2390,0 i	) 2390,0	2390,0	2390,0 i
i Mescla pesada 2 i	4052,4 )	4052,4	4052,4 [	) 4052,4	4052,4	4052,4 i
i Resíduo de vácuo [	1564,3 )	1564,3	1564,3 i	) 1564,3	1564,3	1564,3 )
i Metanol i	114,3 )	136,3	150,7 i	) 198,9	231,0	255,2 )
: Vapor líquido reagido [	11,9 i	13,8	15,0 i	i 13,1	15,1	16,5 )
)TOTAL	11690,5 i	11714,4	11730 i	i 11776,3	11810,4	11836,0 i
PRODUTOS. KT AΓ	---------------------		_________________;___	----------------
i Hidrogênio \|	35,9 i	39,9	42,6 ]	Ί 10,3	VM	12,2 i
i Gás combustível i	1706,9 [	1937,6	2088,3	[ 1528,8	1732,4	1885,5 i
i Etileno ;	3637,8 [	4114,8	4426,5 i	[ 3435,5	3884,6	4222,5 i
i Propileno do Craqueador ;	1572,7 i	1822,3	1895,3 )	i 1926,7	2205	2414,3 i
i 1,3-Butadieno 5	512,3 (	588,6	638,5 i	( 540,1	618,9	678,2 i
iMTBE [	314,5 (	375	414,5 i	( 547,3	635,5	701,9 i
i 1-Buteno [	57,9 )	67,3	73,5 i	119,9	134,0	144,5 i
i C9 + Gasolina [	238,9 )	289,6	0,0 i	261,9	315,1	CLÕl
iBenzeno í	697,5 )	819	898,3 i	) 435,8	502,9	553,4 )
: Tolueno [	527,1 )	575,4	607 i	) 519,6	561,3	593,5 )
: Xileno [	208,6 )	247,8	273,5 i	) 242	278,4	305,9 )
: Gasóleo de Pirólise Ϊ	172,3 i	256,8	0,0 i	i 175,3	284,7	0,0 i
: Óleo Combustível de Pirólise (	435,5 i	570,9	0,0 i	i 261,1	636,2	0,0 i
i Resíduo )	1564,3 i	0,0	0,0 )	) 1564,3	o/o	07]

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 117/136

34/36

Reciclo de FO -> Gases de ventilação [	0,0 (	0,0	32,1	( 0,0	0,0	37
Reciclo de FO -> Resíduo de óleo í
combustível í	0,0 (	0,0	240,0	( 0,0	0,0	276,4
Gases ácidos (	8,3 (	9?3		( õZ	9,9	10,7
TOTAL (	11690,5 (	11714,4	11730,0	( 11776,3	11810,4	11836,0
í
RECICLOS, KTA
Reciclo C2 (	555,1 (	635,9	688,6	( 638,9	724,6	789,0
Reciclo C3 (	123,2 (	175,3	209,4	( 140,3	193,1	232,9
Reciclo C4-C5 THU (	534,6 (	666,3	752,3	( 1073,9	1254,4	1390,2
Reciclo não aromáticos C6-C8 (	223,5 i	274,9	308,5	( 687,2	770,5	833,2
Reciclo de óieo combustível para í
craqueamento (	0,0 (	0,0	969,8	( 0,0	0,0	1116,8
Reciclo de óleo combustível para purga [	0,0 (	0,0	42	( 0,0	0,0	59,9

[0109] Para este equilíbrio, 1 Õ.ÕÕÕ KTA de líquido bruto livre de resíduos sem

GLP e misturados com o correspondente 1564,3 kTA de resíduo é escolhido como base. A porção livre de resíduo é a alimentação convencional. A alta severidade (Caso 1A) ele produz 3637,8 kTA de etileno e 1572,7 kTA de propileno. Em baixa severidade (Caso 1B), a mesma quantidade de alimentação produz 3435,5 kTA de etileno e 11926,7 kTA de propileno. O material bruto contém resíduo e para obter 10.000 KTA de material craqueável, 11564,3 kTA de material bruto tem que ser usado e 1564,3 kTA de resíduo será rejeitado. As alimentações atualmente craqueáveis são gases leves (668,4 kTA), nafta leve (2889,2 kTA), nafta pesada (2390, kTA) e óleo pesado (4052,4 kTA). Casos 1A,

2A, 3A são craqueamento de todas as alimentações na instalação de olefinas em alta severidade. Casos 1B, 2B e 3B são os correspondentes casos de baixa severidade.

[0110] Os casos 1A, 1B usam alimentação gasosa, alimentação de nafta e material de ebulição pesada no modo convencional. Parte do material de ebulição pesada é hidrocraqueado para produzir alimentação para a planta de olefina.

[0111] Os casos 2A, 2B usam a mesma alimentação e o resíduo é hidrocraqueado na unidade de hidroprocessamento de resíduos e os produtos do hidrocraqueador são craqueados em adição às alimentações usadas nos casos 1A ou 1B.

[0112] Os casos 3A, 3B usam todas as alimentações usadas em 2 a ou 2B e também craqueiam o óleo combustível de pirólise (PFO) hidroprocessado. Este

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 118/136

35/36 óleo combustível de pirólise é hidrocraqueado em um hidrocraqueador especial. O PFO é produzido é produzido no craqueamento reciclado de volta para craqueador após o hidrocraqueamento.

[0113] Com craqueamento de resíduos e hidrocraqueamento de PFO de reciclagem, produções de etileno e propileno são significativamente aumentadas, conforme mostrado na tabela abaixo. Todos os valores estão em KTA (quilotoneladas por ano).

	CASO1 A	CASO1 B	CASO1 C	CASO2 A	CASO2 B	CASO2 C
Alimentação de HC	10000	10000	10000	10000	10000	10000
Resíduo	1564,3	1564,3	1564,3	1564,3	1564,3	1564,3
Total	11564,3	11564,3	11564,3	11564,3	11564,3	11564,3
C2H4	3637,8	4114,8	44426,5	3435,5	3884,6	4222,5
C3H6	1572,7	1822,3	1985,3	1926,7	2205	2414,3
C2H4+C3H6	5210,5	5937,1	6411,8	5362,2	6089,6	6636,8
%rendimento C2+C3	45,06	51,34	55,44	46,37	52,66	57,39

0114] Ao craquear o resíduo e também a olefina de combustível de pirólise, os rendimentos são aumentados significativamente. Para a quantidade fixa de produção de etileno ou olefina, o consumo bruto é reduzido. Esta é uma vantagem de resíduo de craqueamento e óleo combustível de pirólise após o hidroprocessamento. Na indústria, % C2 + C3 mostrado na tabela é denotado como rendimento final.

[0115] Em alguns dos exemplos acima, é usado um craqueamento de alta severidade. As modalidades aqui não estão limitadas a alta severidade. Um aquecedor de pirólise pode ser variado para satisfazer uma proporção desejada de propileno para etileno. Quando uma razão de propileno muito alta é exigida, tecnologia de conversão de olefina pode ser usada, tal como usando o buteno e etileno resultantes para produzir propileno (metátese, por exemplo). Buteno adicional pode ser produzido usando uma tecnologia de dimerização de etileno quando buteno produzido na pirólise é insuficiente para a conversão de olefinas. Portanto, se desejado, 100% de propileno com 0% de etileno podem ser

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 119/136

36/36 produzidos. Usando a tecnologia de conversão inversa de olefinas, o propileno pode ser convertido em etileno e buteno. Portanto, 100% de etileno e 100% de propileno podem ser produzidos a partir de pirólise de integração crua, um hidrocraqueador de resíduo, tecnologia de conversão de olefinas, e/ou tecnologia de dimerização.

[0116] Como descrito acima, modalidades da presente invenção podem proporcionar o processamento flexível de óleos brutos inteiros e outras misturas de hidrocarbonetos contendo precursores de coque de alto ponto de ebulição. As modalidades da presente invenção podem reduzir vantajosamente a coqueificação e incrustação durante o preaquecimento, superaquecimento e processo de craqueamento, mesmo em condições de alta severidade.As modalidades aqui descritas podem obter rendimentos desejáveis, ao mesmo tempo diminuindo significativamente as exigências de capital e energia associadas ao pré-fracionamento e processamento separado das frações em múltiplos aquecedores.

[0117] A supressão da coqueificação por todo o processo de craqueamento e a integração de pirólise e hidrocraqueamento, de acordo com as modalidades da presente invenção, proporciona vantagens significativas, incluindo rendimento aumentado de olefinas, maiores comprimentos de corrida (decréscimo de tempo) e a capacidade de manipular alimentações contendo hidrocarbonetos pesados. Além disso, podem ser obtidas eficiências de energia significativas sobre processos convencionais incluindo separações destilativas e reatores de craqueamento separados.

[0118] Embora a descrição inclua um número limitado de modalidades, aqueles versados na técnica têm o benefício desta descrição, apreciar-se-á que outras modalidades podem ser planejadas que não se afastam do escopo da presente descrição. Consequentemente, o escopo deve ser limitado apenas pelas reivindicações anexas.

Claims

1. Processo integrado de pirólise e hidrocraqueamento para converter uma mistura de hidrocarbonetos para produzir olefinas, o processo sendo CARACTERIZADO pelo fato de compreender:

misturar um material bruto inteiro e gasóleo para formar uma mistura de hidrocarbonetos;

aquecer a mistura de hidrocarbonetos em um aquecedor para vaporizar uma porção dos hidrocarbonetos na mistura de hidrocarbonetos e formar uma mistura de hidrocarbonetos aquecida;

separar a mistura de hidrocarbonetos aquecida, em um primeiro separador, em uma primeira fração de vapor e uma primeira fração líquida;

misturar vapor com a primeira fração de vapor, superaquecendo a mistura resultante na zona de convecção, e alimentando a mistura superaquecida a uma primeira serpentina radiante em uma zona radiante do reator de pirólise;

alimentar a primeira fração líquida, ou uma porção da mesma, e hidrogênio para um sistema de reator de hidrocraqueamento, contatando a primeira fração líquida com um catalisador de hidrocraqueamento para craquear uma porção dos hidrocarbonetos na primeira fração líquida, e recuperar um efluente do sistema de reator de hidrocraqueamento;

separar hidrogênio não reagido dos hidrocarbonetos no efluente;

fracionar os hidrocarbonetos efluentes para formar duas ou mais frações de hidrocarbonetos incluindo a fração de gasóleo.

2. Processo integrado de pirólise e hidrocraqueamento para converter uma mistura de hidrocarbonetos para produzir olefinas, o processo sendo CARACTERIZADO pelo fato de compreender:

separar a mistura de hidrocarbonetos aquecida, em um primeiro separador, em uma primeira fração de vapor e em uma primeira fração líquida;

aquecer a primeira fração líquida em uma zona de convecção de um

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 131/136

2/6 reator de pirólise para vaporizar uma porção dos hidrocarbonetos na primeira fração líquida e formar uma segunda mistura de hidrocarbonetos aquecida;

separar a segunda mistura de hidrocarbonetos aquecida, em um segundo separador, em uma segunda fração de vapor e em uma segunda fração líquida;

misturar vapor com a primeira fração de vapor, superaquecendo a mistura resultante na zona de convecção, e alimentando a mistura superaquecida a uma primeira serpentina radiante em uma zona radiante do reator de pirólise; e misturar vapor com a segunda fração de vapor, superaquecendo a mistura resultante na zona de convecção, e alimentando a mistura superaquecida a uma segunda serpentina radiante em uma zona radiante do reator de pirólise;

alimentar a segunda fração líquida, ou uma porção da mesma, e hidrogênio para um sistema de reator de hidrocraqueamento, contatando a segunda fração líquida com um catalisador de hidrocraqueamento para craquear uma porção dos hidrocarbonetos na segunda fração líquida, e recuperar um efluente do sistema de reator de hidrocraqueamento;

separar hidrogênio não reagido dos hidrocarbonetos no efluente;

fracionar os hidrocarbonetos efluentes para formar duas ou mais frações de hidrocarbonetos incluindo a fração de gasóleo e uma fração de resíduo.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda misturar a primeira fração líquida com vapor antes de aquecer a primeira fração líquida na zona de convecção.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda alimentar vapor a pelo menos um dentre os primeiro e segundo separadores.

5. Processo de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda:

misturar a segunda fração líquida com vapor para formar uma mistura vapor/óleo;

aquecer a mistura vapor/óleo na zona de convecção do reator de pirólise para vaporizar uma porção dos hidrocarbonetos na mistura vapor/óleo e

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 132/136

3/6 formar uma terceira mistura de hidrocarbonetos aquecida;

separar a terceira mistura de hidrocarbonetos aquecida, em um terceiro separador, em uma terceira fração de vapor e em uma terceira fração líquida;

misturar vapor com a terceira fração de vapor, superaquecendo a mistura resultante na zona de convecção, e alimentando a mistura superaquecida a uma terceira serpentina radiante em uma zona radiante de reator de pirólise.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda retirar uma porção de uma corrente de vapor e utilizar a porção como o vapor para misturar com pelo menos uma dentre a mistura de hidrocarbonetos, a primeira fração líquida, a primeira fração de vapor, e a segunda fração líquida;

superaquecer uma porção remanescente da corrente de vapor na zona de convecção do reator de pirólise; e alimentar o vapor superaquecido a pelo menos um dentre o primeiro separador, o segundo separador, e o terceiro separador.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda utilizar uma porção do vapor superaquecido como vapor para misturar com a terceira fração de vapor.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que uma temperatura de um gás residual na zona de convecção é maior quando aquecendo a segunda fração líquida do que quando aquecendo a primeira fração líquida.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que uma temperatura do gás residual na zona de convecção é maior quando superaquecendo a primeira, segunda, e terceira frações de vapor do que quando aquecendo a segunda fração líquida.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a mistura de hidrocarbonetos compreende um material bruto inteiro e/ou um gasóleo incluindo hidrocarbonetos tendo um ponto de ebulição normal de pelo menos 550°C.

11. Processo para produzir olefinas e/ou dienos, o processo sendo CARACTERIZADO pelo fato de compreender:

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 133/136

4/6 vaporizar parcialmente um material bruto inteiro para formar uma fração líquida e uma fração de vapor;

superaquecer a fração de vapor;

craquear termicamente a fração de vapor superaquecido para produzir um efluente de hidrocarboneto craqueado contendo uma mistura de olefinas e parafinas;

hidrocraquear pelo menos uma porção da fração líquida para produzir um efluente de hidrocarboneto hidrocraqueado contendo olefinas e/ou dienos adicionais.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda: separar o efluente de hidrocarboneto hidrocraqueado para recuperar duas ou mais frações de hidrocarbonetos incluindo uma fração de gasóleo; e misturar a fração de gasóleo com o material bruto inteiro antes da etapa de vaporização parcial.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda misturar vapor com a fração de vapor antes da etapa de superaquecimento.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda:

vaporizar parcialmente a fração líquida para formar uma segunda fração líquida e uma segunda fração de vapor;

superaquecer a segunda fração de vapor;

craquear termicamente a fração de vapor superaquecido para produzir um segundo efluente de hidrocarboneto craqueado contendo uma mistura de olefinas e parafinas; e alimentar a segunda fração líquida para a etapa de hidrocraqueamento como a pelo menos uma porção da fração líquida.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda misturar vapor com e separar o material bruto inteiro parcialmente vaporizado para formar a fração líquida e a fração de vapor.

16. Sistema para produzir olefinas e/ou dienos, o sistema sendo CARACTERIZADO pelo fato de compreender:

um aquecedor de pirólise compreendendo uma zona de aquecimento por convecção e uma zona de aquecimento radiante;

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 134/136

5/6 uma serpentina de aquecimento na zona de aquecimento por convecção para vaporizar parcialmente um material bruto inteiro para formar uma fração líquida e uma fração de vapor;

uma segunda serpentina de aquecimento na zona de aquecimento por convecção para superaquecer a fração de vapor;

uma serpentina de aquecimento radiante na zona de aquecimento radiante para craquear termicamente a fração de vapor superaquecido para produzir um efluente de hidrocarboneto craqueado contendo uma mistura de olefinas e parafinas;

uma zona de reação de hidrocraqueamento para hidrocraquear pelo menos uma porção da fração líquida para produzir um efluente de hidrocarboneto hidrocraqueado contendo olefinas e/ou dienos adicionais.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda: um separador para separar o efluente de hidrocarboneto hidrocraqueado para recuperar duas ou mais frações de hidrocarbonetos incluindo uma fração de gasóleo; e um meio para misturar a fração de gasóleo com o material bruto inteiro a montante da serpentina de aquecimento.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda meios para misturar vapor com a fração de vapor a montante da segunda serpentina de aquecimento.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda:

uma terceira serpentina de aquecimento na zona de aquecimento por convecção para vaporizar parcialmente a fração líquida para formar uma segunda fração líquida e uma segunda fração de vapor;

uma quarta serpentina de aquecimento na zona de aquecimento por convecção para superaquecer a segunda fração de vapor;

uma segunda serpentina de aquecimento radiante na zona de aquecimento radiante para craquear termicamente a fração de vapor superaquecido para produzir um segundo efluente de hidrocarboneto craqueado contendo uma mistura de olefinas e parafinas; e uma linha de fluxo para alimentar a segunda fração líquida para a etapa de hidrocraqueamento como a pelo menos uma porção da fração líquida.

Petição 870190110529, de 30/10/2019, pág. 135/136

6/6

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda meios para misturar vapor com e separar a fração líquida parcialmente vaporizada para formar a segunda fração líquida e a segunda fração de vapor.

21. Sistema, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda meios para misturar vapor com e separar o material bruto inteiro parcialmente vaporizado para formar a fração líquida e a fração de vapor.