BR112020009123B1

BR112020009123B1 - Sistema de processamento modular

Info

Publication number: BR112020009123B1
Application number: BR112020009123-5A
Authority: BR
Inventors: Steen Brummerstedt Iversen
Original assignee: Steeper Energy Aps
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2018-11-09
Publication date: 2023-12-26
Also published as: EA202091100A1; AU2018365312B2; US20190134597A1; US10525441B2; CA3081640A1; EA039875B1; NZ764220A; EP3735453A1; JP7396567B2; DK201770842A1; CA3081640C; AU2018365312A1; JP2021502245A; WO2019092174A1; CN111801402A; KR20200113185A; BR112020009123A2

Abstract

a invenção refere-se a um sistema de processamento que compreende pelo menos um dispositivo de pressurização; pelo menos um dispositivo de separação; pelo menos uma seção de conversão; pelo menos uma unidade de válvula entre o pelo menos um dispositivo de pressurização e a pelo menos uma parte de conversão; pelo menos uma unidade de válvula entre a pelo menos uma parte de conversão e a pelo menos uma unidade de separação; em que a seção de conversão compreende pelo menos duas unidades de conversão paralelas; em que cada unidade de conversão compreende pelo menos um dispositivo de aquecimento, pelo menos um dispositivo de reator e pelo menos um dispositivo de arrefecimento.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se à área de sistemas de processamento, em particular sistemas para uso em processamento contínuo de alta pressão.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Existem inúmeras aplicações de processos contínuos de alta pressão ou estão em desenvolvimento ou em estágios iniciais de comercialização. Exemplos de tais processos são os processos hidrotérmicos e solvotérmicos, por exemplo, para produção de hidrocarbonetos, como combustíveis de transporte, lubrificantes ou produtos químicos especiais, gases, produtos carbonizados ou nanomateriais.

[003] Em conexão com a operação contínua de tais sistemas de processo de alta pressão, a temperatura deve ser aumentada e ainda mais reduzida no final do processo e para esse fim, várias soluções foram sugeridas.

[004] Tipicamente, esses processos operam a temperaturas próximas ao ponto crítico da água e geralmente envolvem o aquecimento de uma mistura de ração e o arrefecimento da mistura do produto. Para obter o aquecimento e o arrefecimento no processo, os dispositivos para executar o aquecimento e o arrefecimento devem ser fornecidos como parte dos sistemas de alta temperatura e alta pressão. Tais sistemas são sensíveis em relação à possível precipitação ou mesmo oclusão pela matéria a ser tratada no processo. O sistema pode ainda estar sujeito a atividades de serviço e manutenção que influenciarão a disponibilidade do sistema.

[005] Por esse motivo, há um desejo de melhorar os sistemas de maneira a aumentar a disponibilidade do sistema.

OBJETIVO DA INVENÇÃO

[006] O objetivo da presente invenção é, portanto, fornecer um sistema, bem como um método para operar tal sistema, que aumente a disponibilidade do sistema de processo de alta pressão, enquanto ao mesmo tempo reduz a complexidade do sistema.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[007] De acordo com um aspecto da presente invenção o objetivo da invenção é alcançado através de um sistema de processamento que compreende - pelo menos um dispositivo de pressurização; - pelo menos um dispositivo de separação; - pelo menos uma seção de conversão; - pelo menos uma unidade de válvula entre o pelo menos um dispositivo de pressurização e a pelo menos uma parte de conversão; - pelo menos uma unidade de válvula entre a pelo menos uma parte de conversão e a pelo menos uma unidade de separação; - em que a seção de conversão compreende pelo menos duas unidades de conversão paralelas; - em que cada unidade de conversão compreende o pelo menos um dispositivo de aquecimento o pelo menos um dispositivo de reator, e o pelo menos um dispositivo de arrefecimento.

[008] Ao dispor uma diversidade de unidades de conversão paralelas, é possível adaptar a construção para uma disponibilidade aumentada, à medida que a indisponibilidade de unidades individuais não influenciará na disponibilidade geral mais do que a contribuição da própria unidade individual.

[009] Adicionalmente, devido à construção modular do sistema de processamento, conforme definido, será possível fabricar os componentes a partir de materiais padronizados e com menor consumo de material, e, portanto, será possível atingir uma produção mais econômica em comparação com uma construção em que somente uma linha é usada.

[010] Em uma modalidade uma unidade de válvula fechamento é fornecida entre o pelo menos um dispositivo de pressurização e cada uma das unidades de conversão; e em que uma unidade de válvula fechamento adicional é fornecida entre cada uma das unidades de conversão e a pelo menos uma unidade de separação. Com isso, unidades de válvula em posições de alta temperatura e alta pressão são evitadas, o que torna as unidades de válvula mais econômicas.

[011] Em uma modalidade adicional, para pelo menos uma, preferencialmente para cada uma, das válvulas de fechamento uma válvula manutenção adicional tal como uma válvula de ligar/desligar entre as duas válvulas de fechamento pode ser fornecida, de modo a garantir que a unidade de conversão entre as duas válvulas de fechamento possa ficar sem pressão por meio do fechamento das duas válvulas de fechamento e abertura da válvula manutenção(), enquanto as unidades de conversão paralelas restante são mantidas em operação. Com isso, é obtido que uma unidade de conversão seja removida com segurança da operação para serviço e/ou manutenção, enquanto as unidades de conversão restantes ainda estão em operação. Com isso, a disponibilidade da usina total é melhorada.

[012] Nessa modalidade, será possível vedar uma unidade individual de modo a realizar manutenção e trabalho de reparo em uma unidade individual sem desligar todo o sistema e, portanto, adicionalmente aumentar a disponibilidade do sistema.

[013] Em uma modalidade, um dispositivo de redução de pressão é fornecido como parte de uma unidade de conversão.

[014] Ao fornecer um número maior de unidades paralelas, o tempo de inatividade de uma única unidade não afetará a capacidade total significativamente. Se por exemplo, 10 unidades paralelas estivessem em operação, a dissociação de uma única unidade significaria apenas uma redução na capacidade em 10%.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[015] A invenção será descrita a seguir com referência a uma modalidade ilustrada nos desenhos, em que: A Figura 1A e 1B mostra uma visão geral esquemática de um processo contínuo de alta pressão para transformar materiais carbonáceos em hidrocarbonetos renováveis; A Figura 2 mostra uma visão geral esquemática de uma primeira modalidade de um sistema de aquecimento e arrefecimento; A Figura 3 mostra uma visão geral esquemática de modalidade adicional de um sistema de aquecimento e arrefecimento de acordo com a invenção em que o aquecedor de alta pressão é abastecido com gás do processo; A Figura 4 mostra uma visão geral esquemática de outra modalidade de um sistema de aquecimento e arrefecimento, em que o calor é transferido para um meio de transferência de calor no arrefecedor de água de alta pressão e distribuído para outras partes do processo; A Figura 5 mostra uma visão geral esquemática de uma modalidade vantajosa de um sistema de processo de alta pressão e alta temperatura; A Figura 6 mostra, esquematicamente, três unidades paralelas de um sistema como descrito em conexão com as Figuras 1 a 5 anteriores; A Figura 7 mostra, esquematicamente, uma modalidade diferente de três unidades paralelas de um sistema como descrito em conexão com as Figuras 1 a 5 anteriores; A Figura 8A e 8B mostram, esquematicamente, duas modalidades de unidades de válvula fechamento; e A Figura 9 mostra, esquematicamente, uma modalidade diferente de três unidades paralelas de um sistema como descrito em conexão com as Figuras 1 a 5 anteriores.

MODALIDADES PREFERIDAS

[016] A Figura 1 mostra uma modalidade de um processo de produção de alta pressão contínuo para conversão de materiais carbonáceos, tal como biomassa para óleo renovável que compreende meios de bombeamento e meios de pressurização.

[017] Como mostrado na Figura 1, o material carbonáceo é, em primeiro lugar, submetido a uma etapa de preparação da mistura de alimentação (1). A etapa de preparação da mistura de alimentação transforma o material carbonáceo em uma mistura de alimentação bombeável e, frequentemente, inclui meios mecânicos para redução de tamanho dos carbonáceos e transformar em pasta fluida o material carbonáceo com outros ingredientes, tais como água, catalisadores e outros aditivos como materiais orgânicos na mistura de alimentação. Em uma modalidade preferida da presente invenção, a mistura de alimentação pode ser pré-aquecida na etapa de pré-tratamento. Frequentemente a mistura de alimentação é pré-aquecida até uma temperatura na faixa de cerca de 150 °C a cerca de 250 °C na etapa de pré- tratamento, tal como temperatura na faixa de cerca de 150 °C a cerca de 220 °C. Preferencialmente, a mistura de alimentação é pré-aquecida até uma temperatura na faixa de cerca de 160 °C a cerca de 200 °C tal como na faixa de cerca de 160 °C a cerca de 180 °C.

[018] Vantajosamente isso é realizado por transferência de calor a partir do arrefecedor de água de alta pressão por meio de um meio de transferência de calor tal como óleo quente ou vapor, e com isso a recuperação de calor e eficiência energética geral são aumentados.

[019] A segunda etapa é uma etapa de pressurização (2) em que a mistura de alimentação é pressurizada por meio de bombeamento para uma pressão de pelo menos 150 bar e até cerca de 450 bar, tal como uma pressão de pelo menos 180 bar e até 400 bar; preferencialmente a mistura de alimentação é pressurizada por meio de bombeamento para uma pressão acima do ponto crítico de água, tal como uma pressão de pelo menos 250 bar; mais preferencialmente a mistura de alimentação é pressurizada por meio de bombeamento para uma pressão de pelo menos 300 bar, tal como pelo menos 320 bar.

[020] A mistura de alimentação pressurizada é em seguida aquecida para uma temperatura de reação na faixa de cerca de 300 °C e até cerca de 450 °C, tal como uma temperatura na faixa de cerca de 340 °C a cerca de 430 °C; preferencialmente a mistura de alimentação pressurizada é em seguida aquecida para uma temperatura de reação na faixa de cerca de 370 °C e até cerca de 425 °C, sendo tal temperatura na faixa de cerca de 390 °C a cerca de 420 °C.

[021] A mistura de alimentação é geralmente mantida nessas condições em tempo suficiente para conversão do material carbonáceo, por exemplo, por um período de 2 a 30 minutos, tal como na faixa 3 a 20 minutos; e preferencialmente na faixa 5 a 15 minutos, antes de ser resfriado e a pressão ser reduzida.

[022] A mistura de produto que compreende produto de hidrocarboneto líquido, água com orgânicos solúveis em água e sais dissolvidos, gás que compreende dióxido de carbono, hidrogênio e metano, bem como partículas suspensas a partir do dito material carbonáceo convertido é em seguida arrefecido para uma temperatura na faixa 80 °C a 250 °C tal como na faixa de 120 °C a 170 °C;

[023] A mistura de produto arrefecida, depois disso, entra em um dispositivo de redução de pressão. Os dispositivos de redução de pressão adequados incluem dispositivos de redução de pressão que compreendem uma diversidade de membros tubulares em uma disposição em série e/ou em paralelo com um comprimento e seção transversal interna adaptados para reduzir a pressão a um nível desejado, e dispositivos de redução de pressão que compreendem unidades de bomba de redução de pressão.

[024] A mistura de alimentação convertida é adicionalmente separada em pelo menos uma fase gasosa, uma fase de óleo bruto renovável, uma fase aquosa com compostos orgânicos solúveis em água bem como sais dissolvidos e eventualmente partículas suspensas. A separação pode ser realizada por separação de fase gravimétrica ou outros meios adequados, tal como centrifugação.

[025] Muitas modalidades de alto processamento contínuo de material carbonáceo para hidrocarbonetos incluem uma etapa de recuperação para recuperar catalisador homogêneo e

[026] O óleo bruto renovável pode adicionalmente ser submetido a aprimoramento do processo em que é pressurizado para uma pressão na faixa de cerca de 20 bar a cerca de 200 bar, tal como uma pressão na faixa 50 a 120 bar, antes de ser aquecido para uma temperatura na faixa 300 °C a 400 °C em uma ou mais etapas e colocado em contato com hidrogênio e catalisador (ou catalisadores) heterogêneo contidos em uma ou mais zonas de reação, e eventualmente fracionado em diferentes frações do ponto de ebulição.

[027] A Figura 2 mostra uma visão geral esquemática de uma primeira modalidade de um sistema de aquecimento e arrefecimento, em que calor é extraído a partir da etapa de arrefecimento da mistura de produto a partir da etapa de conversão (4) e transferido para a etapa de aquecimento da mistura de alimentação (3) pelo uso de água de alta pressão, a uma pressão acima da pressão crítica, como meio de transferência de calor. A água de alta pressão a partir do arrefecedor (5) é adicionalmente aquecido antes da entrar no aquecedor da mistura de alimentação (3), e a água de alta pressão arrefecida a partir do aquecedor da mistura de alimentação é adicionalmente arrefecida no arrefecedor de água de alta pressão, antes de entrar no arrefecedor de produto (5).

[028] Em muitas modalidades, tanto a mistura de alimentação quanto a mistura de produto são consideradas como fluidos difíceis, por exemplo, sejam fluidos que apresentam risco de incrustação e/ou deposição, e podem precisar de limpeza periódica. Portanto, uma modalidade vantajosa da presente invenção é onde tanto o aquecedor da mistura de alimentação (3) quanto o arrefecedor de produto (5) são um trocadores de calor de invólucro e tubo, sendo que os meios de processo fluem dentro do tubo e a água de alta pressão flui no lado do invólucro dos tubos. Com isso, os fluxos de fluido podem ser controlados melhor e zonas mortas são minimizadas. Adicionalmente, o lado interno dos tubos são limpados mais facilmente do que o lado do invólucro por exemplo, por mecânicos e/ou meios.

[029] A área de fluxo para a mistura de alimentação da primeira parte do aquecedor da mistura de alimentação (3), em que a viscosidade da mistura de alimentação pode ser alta e pode ser maior que na parte subsequente do aquecedor da mistura de alimentação (3), de modo a minimizar a queda de pressão ao longo da primeira parte do aquecedor da mistura de alimentação. Portanto, uma modalidade da presente invenção é, em que a razão da área de fluxo para a mistura de alimentação na primeira parte do aquecedor da mistura de alimentação para área de fluxo para a mistura de alimentação na parte subsequente é pelo menos 2, tal como pelo menos 4.

[030] A área de fluxo pode para a mistura de alimentação pode ser alterada pelo uso de mais tubos de mesmas dimensões em paralelo ou pode ser alterada ao mudar o diâmetro do tubo interno. Uma modalidade vantajosa da presente invenção é em que o diâmetro interno de tubos na primeira parte do aquecedor da mistura de alimentação (3) para o diâmetro interno dos tubos na parte subsequente é pelo menos 1,5 tal como uma razão de pelo menos 2.

[031] Em muitas aplicações, a temperatura de mistura de alimentação que sai da primeira parte do aquecedor da mistura de alimentação é pelo menos 160 °C tal como pelo menos 170 °C. Preferencialmente, a temperatura de mistura de alimentação que sai da primeira parte de aquecedor da mistura de alimentação é pelo menos 180 °C tal como pelo menos 190 °C.

[032] A velocidade vetorial de fluxo média da mistura de alimentação (definida como fluxo de volume dividido pela área de fluxo) na segunda parte do aquecedor da mistura de alimentação é tipicamente pelo menos 1 m/s, tal como pelo menos 1,5 m/s. Preferencialmente, a velocidade vetorial de fluxo média da mistura de alimentação (definida como fluxo de volume dividido pela área de fluxo) na segunda parte do aquecedor da mistura de alimentação é pelo menos 2 m/s, tal como pelo menos 2,5 m/s.

[033] A temperatura de mistura de alimentação de entrada para o aquecedor da mistura de alimentação é tipicamente na faixa de cerca de 20 °C a cerca de 250 °C, tal como na faixa de cerca de 60 °C a cerca de 220 °C; preferencialmente a temperatura de mistura de alimentação de entrada para o aquecedor da mistura de alimentação é na faixa de cerca de 80 °C a cerca de 200 °C tal como de cerca de 120 °C a cerca de 180 °C.

[034] A mistura de alimentação é tipicamente aquecida para uma temperatura de pelo menos 340 °C pela água de alta pressão tal como uma temperatura de pelo menos 350 °C; preferencialmente a mistura de alimentação é aquecida para uma temperatura de pelo menos 370 °C pela água de alta pressão tal como uma temperatura de pelo menos 390 °C; Mais preferencialmente a mistura de alimentação é aquecida para uma temperatura na faixa de cerca de 390 °C a cerca de 425 °C pela água de alta pressão tal como uma temperatura na faixa 395 °C a cerca de 420 °C.

[035] A temperatura da água de alta pressão que entra na etapa de aquecimento da mistura de alimentação (3) está geralmente em condições supercríticas, tal como a uma temperatura de pelo menos 400 °C antes de entrar no aquecedor da mistura de alimentação (3); preferencialmente a temperatura da água de alta pressão é pelo menos 420 °C, tal como pelo menos 430 °C; mais preferencialmente a temperatura da água de alta pressão é pelo menos 440 °C tal como pelo menos 450 °C.

[036] A água de alta pressão que sai da etapa de aquecimento da mistura de alimentação (3) está tipicamente em condições supercríticas tal como a uma temperatura de pelo menos 150 °C antes de sair do aquecedor da mistura de alimentação (3); preferencialmente a temperatura da água de alta pressão que sai da etapa de aquecimento da mistura de alimentação (3) é pelo menos 150 °C, tal como pelo menos 200 °C; mais preferencialmente a temperatura da água de alta pressão da etapa de aquecimento da mistura de alimentação (3) é pelo menos 230 °C tal como pelo menos 250 °C.

[037] A água de alta pressão que sai do aquecedor da mistura de alimentação (3) é adicionalmente arrefecida no arrefecedor de água de alta pressão, antes de entrar no arrefecedor de produto (5). Tipicamente, o arrefecimento da água de alta pressão que sai do aquecedor da mistura de alimentação (3) no arrefecedor de alta pressão é realizado por transferência de calor para um meio de transferência de calor tal como óleo quente. O calor extraído no arrefecedor de água de alta pressão pode ser distribuído para outras partes do processo por meio do meio de transferência de calor como mostrado e descrito em detalhes adicionais em relação à Figura 5.

[038] Diversas vantagens são fornecidas pelo arrefecedor de água de alta pressão: - A temperatura de superfície da área de transferência de calor no arrefecedor de produto (5) pode ser mantida e controlada para uma temperatura suficientemente alta de modo a impedir solidificação de compostos de alta ebulição nas superfícies de transferência de calor sem sacrificar a recuperação de calor geral. Em muitas modalidades da presente invenção, tal solidificação de compostos de alta ebulição pode causar incrustação de superfícies de transferência de calor e/ou entupimento de tubos de transferência de calor e/ou uma redução no fator de corrente. - A área de transferência de calor necessária no arrefecedor de produto (5) é significativamente reduzida devido a uma força de acionamento de temperatura mais alta devido a arrefecimento adicional e recuperação de calor pelo arrefecedor de água de alta pressão - O arrefecedor de água de alta pressão fornece uma opção para ajuste fino ou para aparar a operação do arrefecedor de produto (5).

[039] Subsequente ao arrefecedor de água de alta pressão, a água de alta pressão entra no arrefecedor de produto no lado do invólucro dos tubos.

[040] Tipicamente, a temperatura de entrada da água de alta pressão para a arrefecedor de mistura de produto (6) é pelo menos 60 °C tal como pelo menos 80°C; preferencialmente, a temperatura de entrada da água de alta pressão para a arrefecedor de mistura de produto (6) é pelo menos 100°C tal como pelo menos 110°C. Em muitas modalidades, a temperatura de entrada da água de alta pressão para a arrefecedor de mistura de produto (6) está na faixa 100 °C a 150 °C tal como na faixa 110 °C a 140 °C.

[041] Frequentemente, a mistura de produto é arrefecida para uma temperatura na faixa 80 °C a 250 °C no arrefecedor (6) tal como na faixa 100 °C a 200 °C; preferencialmente, a é arrefecida para uma temperatura na faixa 120 °C a 180 °C, tal como para uma temperatura na faixa 130 °C a 170 °C por troca de calor com a mistura de produto nos trocadores de calor.

[042] A Figura 3 mostra uma visão geral esquemática de modalidade adicional de um sistema de aquecimento e arrefecimento em que o aquecedor de água de alta pressão é pelo menos parcialmente aquecido pela combustão de subprodutos a partir do processo. Os subprodutos, a partir de, podem compreender gás de processo a partir da separação parte do processo e/ou a partir da parte de aprimoramento do processo, e/ou frações dos hidrocarbonetos líquidos produzidos e/ou orgânicos solúveis em água um produto sólido de combustão tal como carvão produzidos pelo processo.

[043] Com isso, a recuperação de energia é aumentada e um processo muito eficiente energeticamente é fornecido. Uma modalidade vantajosa da presente invenção é que todo o calor necessário no aquecedor de água de alta pressão é abastecido pelo processo. Com isso, o processo se torna autossustentado com energia para aquecer a mistura de alimentação e um processo muito eficiente energeticamente é fornecida.

[044] A Figura 4 mostra uma visão geral esquemática de outra modalidade de um sistema de aquecimento e arrefecimento, em que calor é transferido para um meio de transferência de calor no arrefecedor de água de alta pressão e distribuído para outras partes do processo. O meio de transferência de calor pode compreender um óleo quente, água e/ou vapor e o meio de transferência de calor pode ser usado para distribuir energia extraída a partir da água de alta pressão para outras partes do processo tal como para a etapa de preparação de alimentação e/ou a etapa de recuperação e/ou a etapa de aprimoramento.

[045] A Figura 5 mostra uma modalidade vantajosa de um processo de alta pressão para transformação hidrotérmica de carbonáceos, tal como biomassa, em combustíveis de transporte renováveis, lubrificantes e/ou produtos químicos finos que compreende pressurização e uma sistema de redução de pressão.

[046] Na Figura 6 três unidades de conversão paralelas são representadas, sendo que cada unidade de conversão compreende uma linha com um aquecedor, um volume de conversão e um arrefecedor. Adicionalmente, as unidades de válvula V são fornecidas a montante e a jusante de cada linha. As válvulas V fornecerão uma opção para fechamento de uma única linha e realização de manutenção e trabalho de reparo em tal linha fechada, sem ter que desligar todo o sistema de processamento e, portanto, permite uma disponibilidade aumentada de todo o sistema.

[047] Na Figura 7 uma modalidade adicional da invenção é mostrada esquematicamente, em que as unidades de conversão além dos elementos apresentados na Figura 6, cada adicionalmente compreende uma unidade de redução de pressão.

[048] Na Figura 8A uma unidade de válvula V é mostrada que compreende duas válvulas de fechamento C dispostas em série em relação à unidade de conversão. Entre as duas válvulas de fechamento C uma válvula manutenção M é fornecida de modo a garantir uma possibilidade de redução da pressão na linha entre as válvulas de fechamento e entre as unidades de válvula V para pressão de ambiente. Com isso, é possível fornecer serviço e operação de manutenção para uma única linha enquanto outras linhas do sistema ainda estão operacionais. Essa modalidade permitirá uma operação e manutenção de alto nível de segurança. Uma modalidade adicional é mostrada na Figura 8B em que somente uma válvula de fechamento é usada. Embora o nível de segurança seja um pouco reduzido, a solução fornecerá, a princípio, a mesma funcionalidade que a modalidade mostrada na Figura 8A.

[049] A Figura 9 adicionalmente mostra uma visão geral de um sistema vantajoso, em que a pressão é medida antes das unidades de válvula, e, para cada uma das unidades de conversão, são medidas antes do aquecedor, antes dos reatores (ou reator) e antes e depois do arrefecedor. Ao medir a pressão nessas posições, obtém-se que uma pressão eventual em uma das unidades pode ser continuamente monitorada durante a operação. O sistema permite o monitoramento e identificação de um acúmulo de pressão em uma unidade de conversão. Vantajosamente uma unidade de controle é conectada às medições de pressão (no desenho, somente mostrada conectada às medições de pressão em uma linha por meio de linhas pontilhadas), que no caso de uma queda de acúmulo de pressão vedará a unidade de conversão fechando-se ambas as unidades de válvula da linha específica. Como uma primeira tentativa de limpeza um pulso de limpeza pode ser estabelecido abrindo-se a uma das válvulas de manutenção por alguns segundos, sendo que, com isso, um acúmulo de pressão eventual pode ser removido. Em casos em que o acúmulo de pressão pode não ser removido, a unidade de conversão específica é desativada fechando-se as unidades de válvula. Vantajosamente, isso é realizado pela vedação da unidade de conversão e ao manter a mesma sob pressão durante o arrefecimento, para impedir evaporação dos componentes de baixa ebulição a partir do produto, e deixando, desse modo, um resíduo sólido no equipamento. Como a parte quente da unidade de conversão ainda estará inicialmente quente, isso significa que um aumento de pressão devido ao aquecimento de um espaço confinado é possível. A situação é, de acordo com uma modalidade preferida, manuseada pela liberação de pressão através das válvulas de manutenção.

1. PREPARAÇÃO DE MISTURA DE ALIMENTAÇÃO

[050] A primeira etapa do processo é preparar uma mistura de alimentação na forma de uma pasta fluida bombeável do material carbonáceo. Isso geralmente inclui significa redução de tamanho e transformação em pasta fluida, tal como dispersão da matéria orgânica com outros ingredientes tal como água, catalisadores e outros aditivos, tais como materiais orgânicos na mistura de alimentação,

[051] Um material carbonáceo pode ser em uma forma sólida ou pode ter uma aparência sólida, mas também pode ser na forma de um lodo ou um líquido. Adicionalmente, o material carbonáceo pode estar contido em uma ou mais correntes de entrada.

[052] Exemplos não limitantes de matéria-prima carbonácea incluem biomassa, como biomassa lenhosa e resíduos, como lascas de madeira, pó de serra, resíduos florestais, cortes de estradas, cascas, galhos, resíduos de jardins e parques e ervas daninhas, culturas energéticas como talhadia, salgueiro, miscanthus e cana gigante; produtos agrícolas e subprodutos, tais como gramíneas, palha, caules, palhetas, casca, espigas e cascas de e. trigo, centeio, arroz de milho, girassol; cachos de frutas vazios da produção de óleo de palma, efluente dos fabricantes de óleo de palma (POME), resíduos da produção de açúcar, como bagaço, vinassa, melaço, resíduos de estufa; cultivos energéticos como miscanthus, mudas de grama, sorgo, pinhão manso; biomassa aquática como macroalgas, microalgas, ciano bactérias; fundamentos e adubos de animais, como a fração de fibras da produção animal; fluxos de resíduos municipais e industriais, como licor preto, lodo de papel, fibras fora da especificação da produção de papel; resíduos e subprodutos da produção de alimentos, como suco ou vinho; produção de óleo vegetal, resíduos sólidos urbanos classificados, resíduos de casas classificadas por fonte, resíduos de restaurantes, resíduos de matadouros, lodo de esgoto e suas combinações.

[053] Muitos materiais carbonáceos são relacionados a materiais de lignocelulose tal como biomassa lenhosa e resíduos agrícolas. Tais materiais carbonáceos geralmente compreendem lignina, celulose e hemicelulose.

[054] Uma modalidade da presente invenção inclui um material carbonáceo que tem um teor de lignina na faixa 1,0 a 60% em peso, tal como teor de lignina na faixa 10 a 55% em peso. Preferencialmente, o teor de lignina do material carbonáceo é na faixa 15 a 40% em peso, tal como 20 a 40% em peso.

[055] O teor de celulose do material carbonáceo é preferencialmente na faixa 10 a 60% em peso, tal como um teor de celulose na faixa 15 a 45% em peso. Preferencialmente, o teor de celulose do material carbonáceo é na faixa 20 a 40% em peso, tal como 30 a 40% em peso.

[056] O teor de hemicelulose do material carbonáceo é preferencialmente na faixa 10 a 60% em peso, tal como teor de celulose na faixa 15 a 45% em peso. Preferencialmente, o teor de celulose do material carbonáceo é na faixa 20 a 40% em peso, tal como 30 a 40% em peso.

[057] Dependendo da matéria orgânica específica que é transformada e como é recebida, a redução de tamanho pode ser conduzida em uma ou mais etapas, por exemplo, o material carbonáceo pode ser tratado como está e, em seguida, misturado com outros ingredientes na mesma etapa ou pode pré-moído para um tamanho adequado para processamento adicional e redução de tamanho na etapa de mistura. Frequentemente, o material carbonáceo é reduzido de tamanho para um tamanho de partícula menor que 15 mm, tal como um tamanho de partícula menor que 10 mm na etapa de pré-moagem; preferencialmente para um tamanho de partícula de menor que 5 mm, tal como menor que 3 mm.

[058] A pré-moagem pode ser realizada pelo uso de um triturador, moinho de corte, moinho de martelo, moedor de panela, moinho de impulsor ou uma combinação dos mesmos.

[059] Vantajosamente, a etapa pré-moagem pode adicionalmente compreender meios para remover impurezas, como metais, pedras, sujeira como areia e/ou separar as fibras especificadas do material carbonáceo com tamanho de partícula com o tamanho máximo referido. Tais meios podem compreender separação magnética, lavagem, separação de densidade, como flutuação, mesas de vibração, separadores acústicos, peneiramento e combinações dos mesmos. Os ditos meios podem estar presentes antes da etapa de pré-moagem e/ou após a etapa da pré-moagem.

[060] O material carbonáceo é em seguida misturado com outros ingredientes da mistura de alimentação. Outros ingredientes podem incluir: 1. Óleo reciclado (hidrocarbonetos) produzido pelo processo ou uma fração do óleo (hidrocarboneto produzido pelo processo; preferencialmente em uma razão de peso para matéria orgânica isenta de cinzas secas na faixa 0,5 a 1,5 tal como uma razão 0,8 a 1,2; O óleo reciclado pode compreender fenóis, fenóis alquilados, polifenóis, fenóis monoméricos e oligoméricos, creosol, timol, alcoxi-fenóis, álcool p- cumarílico, álcool coniferílico, álcool sinapílico, flavenóis, catecóis. 2. O concentrado reciclado da fase aquosa a partir do processo que compreende catalisador homogêneo recuperado e materiais orgânicos solúveis em água tal como um ou mais componentes selecionados dentre a. Cetonas como acetona, propanonas, butanonas, pentanonas, pentenonas, ciclopentanonas como 2,5 dimetil ciclopentanona, ciclopentenonas, hexanonas e ciclohexanonas como 3-metil hexanona, quiononas etc. b. Álcoois e poliálcoois, como metanol, etanol, propano (incluindo isopropanol), butanóis, pentanóis, hexanóis, heptanóis, octanóis como 2-butil-1- octanol, hidroquinonas etc. c. Fenóis, fenóis alquilados, polifenóis, fenóis monoméricos e oligoméricos, creosol, timol, alcoxi-fenóis, álcool p-cumarílico, álcool coniferílico, álcool sinapílico, flavenóis, catecóis. d. Ácidos carboxílicos, como ácido fórmico, ácido acético e ácidos fenólicos, como ácido férrico, ácidos benzóico, ácido cumarínico, ácido cinâmico, ácido abiético, ácido oleico, ácido linoléico, ácido palmético, ácido estérico. e. Furanos como THF, etc. f. Alcanos, alcenos, tolueno, cumeno, etc. e combinações dos mesmos.

[061] Em general, os orgânicos solúveis em água constituem uma mistura complexa dos citados acima, e a mistura de alimentação pode compreender tais orgânicos solúveis em água em uma concentração de cerca de 1% em peso a cerca de 10% em peso, tal como na faixa de cerca de 2% em peso a cerca de 5% em peso. 3. O catalisador de composição homogêneo na forma de um carbonato de potássio e/ou hidróxido de potássio e/ou acetato de potássio; preferencialmente adicionado na forma de uma solução aquosa e adicionado em uma quantidade para que a concentração total de potássio na mistura de alimentação resultante tenha pelo menos 0,5% em peso, tal como uma concentração na mistura de alimentação de pelo menos 1,0% em peso; preferencialmente a concentração de potássio é pelo menos 1,5% em peso, tal como pelo menos 2,0% em peso; 4. Base de composição para o ajuste de pH. Preferencialmente, hidróxido de sódio é adicionado à mistura de alimentação em uma quantidade de modo que o pH medido na fase aquosa reciclada esteja acima de 7 e, preferencialmente, na faixa 8,0 a 12,0 tal como na faixa 8,0 a 10,0.

[062] Os ingredientes 1-4 estão preferencialmente todos na forma líquida e podem ser vantajosamente pré-misturados e opcionalmente pré-aquecidos, antes de serem misturados com a matéria orgânica para produzir a referida mistura alimentar. A pré-mistura e/ou pré-aquecimento pode reduzir o tempo de carregamento e o tempo de aquecimento necessários no misturador.

[063] A mistura do material carbonáceo e outros ingredientes é misturada de modo a formar uma pasta ou pasta homogênea. O referido misturador pode ser um recipiente agitado equipado com meios para misturar, dispersar e homogeneizar eficientemente materiais viscosos, como um misturador planetário, amassador ou misturador Banbury. O misturador é preferencialmente adicionalmente equipado com meios para pré-aquecer a dita mistura de alimentação para uma temperatura na faixa 80 °C a 220 °C, preferencialmente na faixa 130 °C a 200 °C e mais preferencialmente na faixa 150 °C a 180 °C, a uma pressão suficiente para evitar ebulição tal como uma pressão na faixa 1 a 30 bar, preferencialmente na faixa 4 a 20 bar tal como na faixa 5 a 10 bar. O aquecimento da mistura de alimentação para temperaturas nas faixas acima resulta em um amaciamento e/ou, pelo menos parcialmente, dissolução dos carbonáceos, fazendo com que, desse modo, a mistura de alimentação seja mais fácil de reduzir o tamanho e homogeneizar. Os meios preferidos para aquecimento da dita mistura de alimentação durante a preparação incluem uma jaqueta de aquecimento. Em uma modalidade preferida, o calor para pré-aquecimento a dita mistura de alimentação é obtida a partir do arrefecimento do material carbonáceo convertido que compreende produto de hidrocarboneto líquido, por exemplo, pelo uso de um meio de transferência de calor para extração de calor a partir do arrefecedor de água de alta pressão para um meio de transferência de calor e para distribuição de calor, como descrito em detalhes adicionais acima em relação às Figura 3 a Figura 5. Com isso, a eficiência energética do processo pode ser adicionalmente aprimorada. O misturador pode ainda ser equipado com um circuito de recirculação, onde o material é retirado do referido misturador e pelo menos parcialmente recirculado em um circuito interno ou externo e reintroduzido no referido misturador, de modo a controlar as características da mistura de alimentação, por exemplo, propriedades reológicas como viscosidade e/ou tamanho de partícula até um nível predefinido. O circuito externo pode ainda compreender um ou mais dispositivos de redução de tamanho e/ou homogeneização, como um macerador e/ou um moinho coloidal e/ou um moinho de cone ou uma combinação dos mesmos em uma disposição em série e/ou paralelo.

[064] Preferencialmente, o material carbonáceo é alimentado gradualmente ao misturador, em vez de imediatamente, para controlar a viscosidade da mistura de alimentação e essa mistura de alimentação permanece bombeável, enquanto é reduzida em tamanho e homogeneizada. O controle da viscosidade pode ser realizado medindo-se o consumo de energia do misturador e/ou moinho coloidal e adicionando- se matéria orgânica à mistura de alimentação de acordo com um consumo de energia predefinido. É ainda mais vantajoso não esvaziar completamente o misturador entre os lotes, pois a mistura de alimentação preparada atua como um agente de textura para o próximo lote e, assim, auxilia na homogeneização do próximo lote, tornando-o mais bombeável e, assim, o material carbonáceo pode ser adicionado mais rapidamente.

[065] Outros meios preferidos para misturar e homogeneizar minuciosamente os ingredientes na mistura de alimentação incluem misturadores em linha. Esses misturadores em linha podem ainda introduzir uma ação de corte e/ou tesoura e/ou autolimpante. Uma modalidade preferida em tal dispositivo em linha inclui uma ou mais extrusoras.

[066] A mistura de alimentação da etapa de mistura da mistura de alimentação pode ser alimentada a um tanque de retenção antes de entrar na etapa de pressurização do processo. O dito tanque de mistura pode ser equipado com meios para agitar a dita mistura de alimentação no tanque de retenção e/ou meios de circulação para circular a dita mistura de alimentação em torno do dito tanque de retenção, através do qual a mistura de alimentação é mantida em um estado de cisalhamento diluído e mais fácil de bombear. Opcionalmente, a mistura de alimentação pode ser expandida antes de entrar no tanque de retenção, através do qual a mistura de alimentação pode ser adicionalmente reduzida de tamanho e homogeneizada.

[067] Tipicamente, o teor seco de material carbonáceo na mistura de alimentação é na faixa 10 a 40% em peso, preferencialmente na faixa 15 a 35% e, mais preferencialmente, na faixa 20 a 35% em peso.

[068] O processo tipicamente exige que água esteja presente na dita mistura de alimentação. Tipicamente, o teor de água na dita mistura de alimentação é pelo menos 30% em peso e na faixa 30 a 80% em peso e preferencialmente na faixa 40 a 60%.

2. PRESSURIZAÇÃO

[069] A segunda etapa de uma modalidade vantajosa de um processo de alta pressão é pressurização para a pressão desejada para o dito processo de conversão. A dita pressurização para a pressão de reação desejada é essencialmente realizada antes do aquecimento a partir da temperatura de entrada da etapa de preparação da mistura de alimentação para a temperatura de reação no sistema de arrefecimento e aquecimento de água de alta pressão é iniciado

[070] Tipicamente a mistura de alimentação é pressurizada para um pressão de operação durante o dito aquecimento e conversão de pelo menos 150 bar tal como 180 bar, preferencialmente a dita pressão de operação é pelo menos 221 bar, tal como pelo menos 250 bar, e mais preferencialmente a dita pressão de operação durante conversão é pelo menos 300 bar. Ainda mais preferencialmente, a pressão de operação é na faixa de 300 a 400 bar, tal como na faixa 300 a 350 bar.

[071] Muitas modalidades referem-se ao processamento de misturas de alimentação com um alto teor de material carbonáceo como descrito acima. Tais misturas de alimentação tipicamente têm densidades na faixa 1.050 a 1.200 kg/m3, e tipicamente se comportam como uma pasta pseudoplástica homogênea em vez de uma suspensão de partículas discretas (líquido). A viscosidade de tais pastas pode variar amplamente com a taxa de cisalhamento devido ao comportamento pseudoplástico (afinamento por cisalhamento) e pode estar na faixa de 103 a 107 cP dependendo da taxa de cisalhamento específica e material carbonáceo que é tratado.

[072] Um aspecto da presente invenção refere-se a um sistema de pressurização para pressurizar tais misturas de alimentação de pseudoplástico altamente viscosas. O sistema de pressurização compreende dois ou mais amplificadores pressão, sendo que cada um compreende cilindros com um pistão equipado com meios de acionamento para aplicar e/ou receber uma força ao pistão, tal como mostrado e descrito em conexão com as Figuras 2 a 9. Os meios de acionamento vantajosos para os pistões nos cilindros incluem meios de acionamento hidráulicos.

[073] Em uma modalidade vantajosa, a energia de pressão é recuperada na etapa de redução de pressão descrita abaixo sob a etapa 6. A redução de pressão, e transferido para um reservatório de absorção de energia, em que a energia absorvida pelo dispositivo de redução de pressão é transferida para o reservatório para utilização sucessiva, por exemplo, na etapa de pressurização. Desse modo, um processo de alta pressão muito eficiente energeticamente é obtido.

3. AQUECIMENTO

[074] A mistura de alimentação pressurizada é, em seguida, aquecida para uma temperatura de reação de pelo menos 340 °C e até cerca de 450 °C tal como na faixa 350 °C a 430 °C, preferencialmente na faixa 370 °C a 430 °C tal como na faixa 380 °C a 420 °C, mais preferencialmente na faixa 390 °C a 420 °C tal como na faixa 400 °C a 415 °C.

[075] O aquecimento da mistura de alimentação é realizado por troca de calor indireta com água de alta pressão. Pelo uso de tal meio de transferência de calor, obtém-se que tanto a mistura de alimentação quanto a mistura de produto podem fluir dentro dos tubos, permitindo, dessa forma, limpeza mais fácil.

[076] Pela dita recuperação de calor, obtém-se que o processo se torna muito eficiente energeticamente à medida que a maior parte do calor necessário é recuperada. Em muitas modalidades da presente invenção pelo menos 40% da energia necessária para aquecer a mistura de alimentação para a temperatura de reação desejada está sendo recuperada, tal como pelo menos 50% da energia necessária para aquecer a mistura de alimentação para a temperatura de reação desejada está sendo recuperada. Preferencialmente, pelo menos 60% necessário para aquecer a mistura de alimentação para a temperatura de reação desejada é recuperado, tal como pelo menos 70% da energia necessária sendo recuperada.

4. REAÇÃO

[077] Após o aquecimento para a temperatura de reação, a dita mistura de alimentação pressurizada e aquecida é mantida à pressão e temperatura desejadas em uma zona de reação c. por um tempo predefinido. As características de alimentação e/ou a combinação de pressão e temperatura geralmente proporcionam tempos de reação menores e/ou um mais produto de hidrocarboneto líquido mais reagido do que na técnica anterior sem sacrificar o rendimento e/ou qualidade do produto desejado. O tempo predefinido na dita zona de reação pode ser na faixa 1 a 60 minutos, tal como 2 a 45 minutos, preferencialmente o dito tempo predefinido na dita zona de reação é na faixa 3 a 30 minutos, tal como na faixa 3 a 25 minutos, mais preferencialmente na faixa 4 a 20 minutos, tal como 5 a 15 minutos.

5. ARREFECIMENTO

[078] A corrente de saída a partir do reator que compreende produto de hidrocarboneto líquido, água com orgânicos solúveis em água e sais dissolvidos, gás que compreende dióxido de carbono, hidrogênio e metano e, eventualmente, partículas suspensas a partir do material carbonáceo convertido, entra no arrefecedor (6), onde a mesma é arrefecida por contato com água de alta pressão a partir do arrefecedor de água de alta pressão, como mostrado e descrito na Figura 2 a 4.

[079] Tipicamente, a temperatura de entrada da água de alta pressão para a arrefecedor de mistura de produto (6) é pelo menos 60 °C tal como pelo menos 80°C; preferencialmente, a temperatura de entrada da água de alta pressão para a arrefecedor de mistura de produto (6) é pelo menos 100°C tal como pelo menos 110°C. Em muitas modalidades, a temperatura de entrada da água de alta pressão para a arrefecedor de mistura de produto (6) está na faixa 100 °C a 150 °C tal como na faixa 110 °C a 140 °C.

[080] Frequentemente, a mistura de produto é arrefecida para uma temperatura na faixa 80 °C a 250 °C no arrefecedor (6) tal como na faixa 100 °C a 200 °C; preferencialmente, a é arrefecida para uma temperatura na faixa 120 °C a 180 °C, tal como para uma temperatura na faixa 130 °C a 170 °C por troca de calor com a mistura de produto nos trocadores de calor.

[081] Uma modalidade preferida da presente invenção é que a dita troca de calor é realizada por transferência de calor indireta com água de alta pressão. Pelo uso de tal transferência de calor indireta por meio de um meio de transferência de calor, obtém-se que tanto a mistura de alimentação quanto a mistura de produto podem fluir dentro dos tubos, proporcionando, dessa forma, limpeza mais fácil. O meio de transferência de calor pode, opcionalmente, ser adicionalmente aquecido e/ou ser adicionalmente arrefecido, de modo a permitir controlabilidade e flexibilidade adicionais do aquecimento e do arrefecimento. O dito meio de transferência de calor também pode ser usado para transferência de calor para/a partir de outras operações de unidade do processo, tal como, por exemplo, o pré-tratamento 1 e/ou a parte de aprimoramento de um processo.

6. REDUÇÃO DE PRESSÃO

[082] O produto arrefecido entra em um dispositivo de redução de pressão, onde a pressão é reduzida

[083] A mistura de produto arrefecida, depois disso, entra em um dispositivo de redução de pressão, onde a unidade de redução de pressão compreende pelo menos uma entrada e uma saída, sendo que a unidade de redução de pressão é adaptada para receber um fluido pressurizado no nível de pressão do processo na entrada, sendo que adaptada para isolar o fluido pressurizado recebido a partir do processo a montante e a partir da saída e é adaptada para reduzir a pressão do fluido para um nível inferior predeterminado, e é adicionalmente adaptada para gerar como saída o fluido através da saída, enquanto ainda isolado em direção ao processo a montante.

[084] Em geral, a unidade de redução de pressão compreende uma válvula atuada na entrada e uma válvula atuada na saída e, entre a válvula de entrada e a válvula de saída, um dispositivo de pressurização. Adicionalmente, uma unidade de redução de pressão compreende meios para medir a pressão a montante da válvula de entrada, entre a válvula de entrada e a válvula de saída, e a jusante da válvula de saída.

[085] A unidade de redução de pressão pode, adicionalmente, compreender uma unidade de bomba que tem um cilindro e um pistão, bem como meios para acionar o pistão dentro do cilindro. Vantajosamente, a unidade de redução de pressão adicionalmente compreende um indicador de posição que indica a posição de ciclo do dispositivo de redução de pressão e que é adaptada para fornecer um sinal de controle para abrir ou fechar pelo menos uma válvula no sistema de redução de pressão.

[086] Uma modalidade vantajosa de um dispositivo de redução de pressão é que a bomba de redução de pressão é conectada a uma bomba adicional que aciona uma pressurização do reservatório de absorção de energia. Por exemplo, o dispositivo de redução de pressão adicionalmente que compreende um reservatório de energia, em que a bomba de pressurização é operacionalmente conectada ao reservatório e em que a energia absorvida pela bomba é convertida e transferida pela bomba de pressurização.

[087] Em uma modalidade preferida, o reservatório de energia aciona uma bomba de pressurização adaptada para pressurizar a mistura de alimentação na etapa de pressurização (etapa 2 acima) do processo de alta pressão. Em uma modalidade da presente invenção, isso é realizado por uma turbina de baixa pressão conectada a um gerador que gera energia elétrica, e a eletricidade gerada reduz a energia necessária para acionar a bomba de pressurização na etapa de pressurização.

[088] O dispositivo de redução de pressão é tipicamente projetado para baixas velocidades de curso (grande volume de curso) permitindo, dessa forma, o uso de válvulas atuadas para preenchimento e esvaziamento dos cilindros, em vez de válvulas de retenção. As válvulas atuadas incluem válvulas de porta e válvulas de esferas ou uma combinação das mesmas.

[089] A velocidade de curso dos pistões pode ser de cerca de 1 curso por minuto até cerca de 150 cursos por minuto, tal como de cerca de 5 cursos por minuto até cerca de 100 cursos por minuto. Preferencialmente, a velocidade de curso dos pistões são de cerca de 10 a cerca de 80 cursos por minuto, tal como uma velocidade de curso do pistão na faixa 20 cursos por minuto a cerca de 60 cursos por minuto. Além de permitir o use de válvulas atuadas, a baixa velocidade de curso do pistão reduz o desgaste nos pistões, vedações e assentos de válvulas.

[090] A temperatura de entrada para o dispositivo de redução de pressão é geralmente na faixa de cerca de 10 °C a cerca de 250 °C tal como de cerca de 20 °C a cerca de 220 °C; preferencialmente, a temperatura de entrada para os cilindros de amplificação de pressão é na faixa de cerca de 50 °C a cerca de 210 °C, tal como de cerca de 80 °C a cerca de 200 °C; ainda mais preferencialmente, a temperatura de entrada para o cilindros de amplificação de pressão é na faixa de cerca de 100 °C a cerca de 180 °C, tal como de cerca de 120 °C a cerca de 170 °C.

[091] Para aplicações em que a temperatura ultrapassa cerca de 120 °C, tal como cerca de 140 °C, os cilindros podem, adicionalmente, ser equipados com meios para arrefecer as vedações de pistão, de modo a suportar as condições operacionais descritas acima.

7. SEPARAÇÃO

[092] A mistura de despressurização da dita redução de pressão que contém produto de hidrocarboneto líquido é, em seguida, levada à separação. A separação pode compreender meios para separar gás a partir da dita mistura. Os ditos meios de separação podem compreender um separador instantâneo ou desgaseificador, em que o gás é retirado do topo. O referido gás pode ser usado para produzir calor para aquecimento no processo para o processo como mostrado na figura e descrito em mais detalhes acima. O gás pode opcionalmente ser resfriado para condensar compostos tais como, por exemplo, água antes do dito uso para produzir calor para aquecimento no processo.

[093] Uma modalidade particularmente preferida inclui um sistema em que a mistura de alimentação convertida/mistura de produto é, em primeiro lugar, arrefecida para uma temperatura de 60 a 250 °C, expandida para uma pressão na faixa de cerca de 10 a cerca de 150 bar, tal como na faixa de cerca de 15 a cerca de 100 bar, e levada para um separador de fases/desgaseificador para separação da mistura de produto em pelo menos uma fase gasosa e fase residual.

[094] Em uma modalidade vantajosa, a fase gasosa separada é, em primeiro lugar, arrefecida para uma temperatura na faixa 80 °C a cerca de 200 °C, expandida para uma pressão na faixa 60 a 110 bar tal como na faixa 70 a 100 bar e levada para um separador de fases/desgaseificador para separação da mistura de alimentação convertida/mistura de produto em pelo menos uma fase gasosa e uma fase residual.

[095] Como adicionalmente exemplificado abaixo, a fase gasosa frequentemente compreende dióxido de carbono, hidrogênio, monóxido de carbono, metano, etano, etano, propano, isopropano, butano, isobutano, água, metanol, etanol, acetona.

[096] Uma modalidade vantajosa da presente invenção inclui extrair/separar hidrogênio a partir da fase gasosa separada e introduzir o mesmo no dito processo para aprimoramento dos hidrocarbonetos (etapa opcional 8).

[097] Uma modalidade da presente invenção compreende extrair/separar hidrogênio a partir da fase gasosa separada por uma técnica de separação de gases de membrana. Outra modalidade da presente invenção compreende extrair/separar hidrogênio pelo uso de uma técnica de adsorção por oscilação de pressão. Uma modalidade adicional da presente invenção compreende extrair/separar hidrogênio a partir da dita fase gasosa separada pelas etapas de: - separar a mistura de alimentação convertida/mistura de produto em uma fase gasosa e uma fase residual - arrefecer o gás separado para uma temperatura na faixa de cerca de 31 °C a 50 °°C e separar a fase gasosa arrefecida em uma fase condensada substancialmente livre de hidrogênio e uma fase gasosa residual enriquecida em hidrogênio e dióxido de carbono em um separador de fases, - adicionalmente, arrefecer a fase gasosa separada para uma temperatura na faixa de cerca de 10 °C até cerca de 31 °C e separar a fase gasosa residual arrefecida em uma fase líquida que compreende CO2 e uma fase gasosa residual enriquecida em hidrogênio em um separador. - introduzir o gás enriquecido com hidrogênio no processo de aprimoramento após a etapa de pressurização.

[098] Os meios de separação podem ainda proporcionar pelo menos uma separação grosseira da mistura desgaseificada em uma corrente rica em hidrocarboneto líquido e corrente rica em água residual, por exemplo, por separação gravimétrica em um separador trifásico.

[099] A corrente rica em água que compreende orgânicos solúveis em água, partículas suspensas e sais dissolvidos pode ser pelo menos parcialmente retirada a partir do dito separador gravimétrico, e alimentada para uma unidade de recuperação, opcionalmente após separação adicional por meios gravimétricos de filtração e/ou centrifugação para remover partículas suspensas.

[0100] A mistura desgaseificada ou, opcionalmente, a corrente rica em hidrocarboneto líquido, é retirada dos ditos meios de separação de gás e pode ser ainda mais separada, por exemplo, a corrente rica em hidrocarboneto líquido pode ser necessária para ser eficientemente desidratada e/ou dessalinizada/desidratada antes de ser introduzida na parte de aprimoramento do processo.

[0101] Em muitos aspectos da presente invenção, a dita separação adicional compreende uma ou mais etapas de separação gravimétrica, opcionalmente equipadas com meios para coalescer gotículas de óleo ou água, como uma ou mais etapas de coalescência eletrostática. Em outros aspectos da presente invenção a dita separação adicional pode incluir separação em uma ou mais etapas de centrifugação, tal como separação em uma ou mais centrífugas trifásicas, tal como uma ou mais centrífugas de disco de alta velocidade e/ou uma ou mais centrífugas decantadoras.

[0102] Frequentemente, a temperatura de operação da separação adicional é selecionada de modo a obter uma viscosidade dinâmica do produto de hidrocarboneto líquido na faixa de cerca de 1 a cerca de 30 centipoise durante a dita separação adicional tal como na faixa de cerca de 1 a cerca de 25 centipoise durante a dita separação adicional, preferencialmente a temperatura da separação é selecionada de modo a obter uma viscosidade dinâmica na faixa de cerca de 1 a cerca de 20 centipoise, tal como na faixa 5 a 15 centipoise.

[0103] A temperatura de operação da dita separação adicional pode ser na faixa 80 °C a 250 °C tal como na faixa 120 °C a 200 °C, preferencialmente, pelo menos a primeira da dita separação adicional está operando a uma temperatura na faixa 130 °C a 180 °C, tal como uma temperatura na faixa 150 °C a 170 °C.

[0104] A pressão de operação da dita separação adicional pode ser na faixa 10 a 120 bar, tal como na faixa 15 a 80 bar, preferencialmente, a dita separação adicional está operando a uma pressão na faixa 25 a 50 bar, tal como na faixa 30 a 50 bar.

[0105] Muitos aspectos da presente invenção referem-se ao uso de um ou mais separadores de fase, em que o tempo de residência em cada um dos separadores de fase é na faixa de 1 a 30 minutos tal como na faixa de 1 a 20 minutos, preferencialmente o tempo de residência em cada um dos separadores são na faixa de 2 a 15 minutos.

[0106] Em um aspecto adicional da presente invenção, um agente redutor de viscosidade pode ser adicionado à mistura de alimentação convertida antes e/ou durante a separação adicional. O agente redutor de viscosidade pode frequentemente ser um solvente orgânico que tem um ponto de ebulição abaixo de 200 °C tal como abaixo de 150 °C, preferencialmente abaixo de 140 °C tal como abaixo de 130 °C.

[0107] A razão de peso do agente redutor de viscosidade adicionado à quantidade de óleo renovável pode ser na faixa de 0,01 a 2, tal como na faixa de 0,05 a 1, preferencialmente a razão de peso do agente redutor de viscosidade adicionado à quantidade de óleo renovável com baixo teor de enxofre e oxigênio é na faixa 0,1 a 0,5, tal como na faixa de 0,1 a 0,4. Mais preferencialmente, a razão de peso do agente redutor de viscosidade adicionado à quantidade de óleo renovável com baixo teor de enxofre e oxigênio é na faixa de 0,2 a 0,4, tal como na faixa 0,2 a 0,35.

[0108] Uma modalidade é que o agente redutor de viscosidade compreende pelo menos uma cetona, como metiletilcetona (MEK) e/ou 2-heptanona e/ou 2,5 dimetilciclo-pentanona ou uma combinação dos mesmos.

[0109] Vantajosamente, o agente redutor de viscosidade compreende uma fração do óleo baixo e é recuperado a jusante da dita etapa de separação adicional e antes de fornecer o óleo renovável com baixo teor de enxofre e oxigênio para a dita etapa de aprimoramento opcional.

[0110] De acordo com uma modalidade, o agente redutor de viscosidade é recuperado em uma etapa de evaporação que opera a uma temperatura na faixa de 100 °C a 200 °C, tal como na faixa 100 °C a 160 °C, preferencialmente o agente redutor de viscosidade é recuperado em uma etapa de evaporação que opera a uma temperatura na faixa 100 °C a 150 °C, tal como na faixa 100°C a 130 °C.

[0111] Uma modalidade da presente invenção é que o agente redutor de viscosidade é substancialmente recuperado em uma ou mais etapa de destilação instantânea(-s) que produz uma fase oleosa com baixo teor de enxofre e uma fase destilada, e em que a temperatura instantânea é na faixa 100 °C a 200 °C, tal como na faixa 100 °C a 160 °C, preferencialmente o agente redutor de viscosidade é recuperado na etapa de destilação instantânea que produz uma fase oleosa com baixo teor de enxofre e uma fase destilada, em que a temperatura instantânea é na faixa 100 °C a 150 °C, tal como na faixa 100 °C a 130 °C.

[0112] Um agente de lavagem que compreende água pode ser adicionado ao produto de hidrocarboneto líquido antes ou durante a dita etapa de separação de fase adicional de modo a adicionalmente controlar o teor sal/cinzas do óleo antes de ser introduzida na etapa de aprimoramento. O agente de lavagem que compreende água pode ser introduzido em diversas etapas.

[0113] A razão de peso do agente de lavagem que compreende água para óleo pode vantajosamente ser na faixa de 0,05 a 5,0 tal como uma razão de peso do agente de lavagem que compreende água para o óleo é na faixa 0,05 a 3,0, preferencialmente a do agente de lavagem que compreende água para o óleo é na faixa de 0,1 a 2,0, tal como uma razão de peso na faixa 0,1 a 1,0.

[0114] O agente de lavagem que compreende água pode adicionalmente compreender um agente de acidificação tal como ácido acético ou ácido cítrico. O agente de acidificação pode ser adicionado de modo a obter um pH da fase aquosa após separação do agente de lavagem que compreende água na faixa 2 a 7, tal como um pH na faixa de 2,5 a 6,5, preferencialmente, o agente de acidificação é adicionado de modo a se obter um pH da fase aquosa após separação do agente de lavagem que compreende água na faixa de 2,75 a 6, tal como um pH na faixa 3 a 5,5.

[0115] A separação adicional pode compreender adicionalmente uma ou mais etapas de filtração do produto de hidrocarboneto líquido. A etapa de filtração pode compreender a primeira etapa da separação adicional e/ou a etapa de filtração pode ser uma etapa final antes de, opcionalmente, introduzir o óleo em um processo de aprimoramento.

8. RECUPERAÇÃO

[0116] As fases aquosas a partir dos meios de separação de gás, e meio de separação adicional são alimentadas a um dispositivo de recuperação, em que os compostos orgânicos líquidos na forma de materiais orgânicos solúveis em água e/ou catalisadores homogêneos são recuperados em uma forma concentrada, e reciclados para o dispositivo de preparação da mistura de alimentação 1. Conforme mencionado acima sob 1. Preparação dos orgânicos solúveis em água presentes na referida fase aquosa compreendem uma mistura complexa de centenas de compostos diferentes, incluindo um ou mais compostos de cetonas, álcoois e poliálcoois, fenóis e fenóis alquilados, ácidos carboxílicos, furanos, alcanos, alcenos, toluenos, cumenos, etc.

[0117] Preferencialmente, o referido dispositivo de recuperação compreende um ou mais passos de evaporação, em que a água é evaporada das referidas fases aquosas combinadas, proporcionando assim um destilado e um concentrado. O grau de concentração é selecionado de modo a fornecer uma quantidade destilada que corresponde à quantidade de água adicionada ao material carbonáceo, catalisador homogêneo e base de compilação no pré-tratamento. Tipicamente, a razão de concentrado para as fases combinadas de água que entram na unidade de recuperação está tipicamente na faixa de cerca de 0,1 a cerca de 0,9, tal como na faixa 0,2 a 0,8. Frequentemente, a razão de concentrado para as fases combinadas de água que entram na unidade de recuperação está na faixa de cerca de 0,25 a cerca de 0,7, tal como na faixa 0,3 a 0,6. Em outras modalidades da presente invenção, a razão de concentrado para as fases combinadas de água que entram na unidade de recuperação está tipicamente na faixa de cerca de 0,25 a cerca de 0,6, tal como na faixa 0,3 a 0,6.

[0118] As fases combinadas de água podem ser pré-aquecidas para uma temperatura de, por exemplo, 70 a 130 °C, tal como uma temperatura na faixa 80 a 115 °C, antes de entrar no dito evaporador. O calor para o referido pré-aquecimento é preferencialmente fornecido pela recuperação de calor de uma corrente de processo e/ou da corrente de destilado de saída antes de entrar no evaporador. No evaporador, água é evaporada a partir da dita mistura que compreende orgânicos solúveis em água e sais dissolvidos a uma temperatura de cerca de 100 °C a cerca de 115 °C. Nesses casos, a recuperação de calor a partir da dita corrente de processo pode ser realizada através de um meio de transferência de calor tal como um óleo quente.

[0119] O pH da fase aquosa combinada que entra na recuperação é, preferencialmente, mantido em condições alcalinas, tal como na faixa 7 a 14, tal como um pH na faixa 8 a 12, preferencialmente o pH da fase aquosa para a unidade de recuperação é mantido na faixa de 8 a 11. Operar com esse pH de entrada na unidade de recuperação tem a vantagem de reduzir a quantidade de fenólicos no destilado.

[0120] Uma modalidade da referida etapa de recuperação é onde a etapa de recuperação compreende uma ou mais etapas de instantâneas.

[0121] Uma modalidade preferida da dita etapa de recuperação é que a etapa de recuperação compreende a evaporação em duas ou mais etapas, operando a uma pressão e temperatura decrescentes, e sendo que cada uma é aquecida com o vapor evaporado da etapa anterior para minimizar o calor necessário para a evaporação.

[0122] O evaporador pode vantajosamente compreender ainda mais a condensação do dito vapor evaporado em duas ou mais etapas de condensação, em que as temperaturas de condensação nas ditas etapas de condensação estão diminuindo de modo a obter um fracionamento da fração evaporada, isto é, uma fração que compreende água e, eventualmente, compostos de ebulição mais altos, e uma fração em que os compostos com uma temperatura de ponto de ebulição menor que a água estão concentrados.

[0123] De preferência, o referido vapor evaporado passa por um desembaçador e/ou um separador de espuma antes da condensação da dita fração evaporada por arrefecimento. Vantajosamente, o evaporador pode ainda ser equipado com um coalescedor e um absorvedor, onde a fração evaporada é contatada com um absorvente. O dito absorvente compreende, em uma modalidade, uma base tal como hidróxido de sódio.

[0124] O evaporador pode, em algumas modalidades, incluir o aumento da temperatura de condensação da referida água evaporada, aumentando a pressão por um ventilador, compressor (recompressão de vapor mecânico) ou um ejetor de jato de vapor (recompressão de vapor térmico) ou uma combinação dos mesmos. Desse modo, o vapor de água evaporado pode ser usado como um meio de aquecimento para a evaporação no referido evaporador, e o dito sevaporador se torna muito eficiente em termos de energia, pois o calor latente da evaporação não precisa ser fornecido ao referido passo de evaporação.

[0125] Deve-se notar que os ditos condensadores podem compreender trocadores de calor onde o meio a ser concentrado é evaporado do outro lado, mas, em geral, a referida etapa de evaporação compreende pelo menos um condensador adicional em comparação com o número de etapas de evaporação.

[0126] A fração que compreende água evaporada (“destilada”) pode adicionalmente ser arrefecida para uma temperatura adequada para descarga em um arrefecedor. Deste modo, obtém-se que o dito evaporador, além de recuperar os referidos compostos orgânicos líquidos e/ou catalisadores homogêneos, também limpa e purifica a fase aquosa de uma maneira eficiente, e pode produzir uma fase aquosa que pode ser reutilizada ou descarregada para um recipiente. Opcionalmente, o "destilado" pode ser submetido a uma ou mais etapas de polimento. As ditas etapas de polimento podem incluir um absorvedor e/ou adsorvedor e/ou uma etapa de coalescência e/ou um sistema de membrana, como osmose reversa e/ou um sistema de tratamento biológico, como um biorreator.

[0127] A fração sendo concentrada com compostos com um ponto de ebulição menor que a água pode ser misturada com o concentrado do dito evaporador e reciclada para a etapa 1 de preparação da mistura de alimentação.

[0128] Em muitas aplicações uma corrente de sangramento ou purga é retirada a partir da dita fase aquosa concentrada antes da reciclagem para a etapa de preparação da mistura de alimentação 1 para impedir acumulação de compostos tal como cloreto. A corrente de sangramento pode, de acordo com uma modalidade da presente invenção, compreender até cerca de 40% em peso da fase aquosa concentrada a partir da unidade de recuperação tal como até cerca de 25 % em peso da fase aquosa concentrada a partir da unidade de recuperação. Preferencialmente, a corrente de sangramento compreende até cerca de 20% em peso da fase aquosa concentrada a partir da unidade de recuperação, tal como até cerca de 15% em peso da fase aquosa concentrada a partir da unidade de recuperação. Mais preferencialmente, a corrente de sangramento compreende até cerca de 10 % em peso da fase aquosa concentrada a partir da unidade de recuperação, tal como até cerca de 5% em peso da fase aquosa concentrada da unidade de recuperação. A corrente de sangramento pode ser descartada. No entanto, em muitas aplicações a corrente de sangramento é adicionalmente tratada.

[0129] A fase aquosa concentrada a partir da unidade de recuperação tipicamente tem um valor de aquecimento positivo.

[0130] Uma aplicação preferida compreende adicionalmente tratar a corrente de sangramento por combustão e/ou co-combustão em um boiler ou incinerador. Opcionalmente, a corrente de sangramento é adicionalmente concentrada antes da dita combustão e/ou co-combustão.

[0131] Uma modalidade compreende adicionalmente tratar a corrente de sangramento em uma etapa de permuta iônica. A fase aquosa concentrada a partir da unidade de recuperação pode ser filtrada para remover sólidos eventuais antes de entrar na dita etapa de permuta iônica de acordo com a presente invenção.

[0132] A etapa de permuta iônica pode compreender uma ou mais etapas de permuta iônica tal como um ou mais resina de permuta iônica contida em um ou mais leitos fixos. As ditas uma ou mais etapas de permuta iônica podem ser dispostas com um ou mais leitos fixos em paralelo e/ou um ou mais leitos fixos em série.

[0133] Uma modalidade compreende adicionalmente tratar a corrente de sangramento compreende pelo menos dois leitos fixo, sendo que cada um contém uma resina de permuta iônica seletiva de cloreto com capacidade para adsorver seletivamente cloreto a partir da dita fase aquosa concentrada a partir da dita unidade de recuperação, e válvulas dispostas em uma disposição em paralelo de modo que pelo menos um leito de permuta iônica esteja online e pelo menos um leito de permuta iônica esteja offline. Com isso, operação contínua é garantida e remoção de cloreto pode ser continuada no leito de permuta iônica que está online enquanto o leito de permuta iônica que está offline pode ser limpado. A dita limpeza pode ser realizada por um fluxo de retorno ou lavagem do leito de permuta iônica com água desmineralizada, como água destilada da unidade de recuperação. A presente invenção inclui uma disposição de válvulas e/ou sistema de controle que permite essa limpeza ou regeneração por refluxo ou retrolavagem com água desmineralizada.

[0134] Tipicamente, a remoção de cloreto na dita etapa de permuta iônica, de acordo com a presente invenção, é pelo menos 50% dos cloretos na fase aquosa concentrada que entra na dita etapa de permuta iônica, tal como uma remoção de cloreto de pelo menos 60%. Em muitas modalidades, de acordo com a presente invenção, a remoção de cloreto na dita etapa de permuta iônica é pelo menos 70% dos cloretos na fase aquosa concentrada que entra a dita etapa de permuta iônica, tal como pelo menos 80%. A corrente esgotada de cloreto a partir da dita etapa de permuta iônica de cloreto é preferencialmente reciclada para a etapa de preparação da mistura de alimentação 1.

[0135] Adicionalmente, em muitas modalidades, a quantidade de catalisador homogêneo (ou catalisadores) na forma de potássio e/ou sódio, tal como que são retidos na dita corrente esgotada de cloreto de saída a partir de a dita etapa de permuta iônica de cloreto, é pelo menos 70% em peso da quantidade que entra na dita etapa de permuta iônica de cloreto, tal como pelo menos 80% em peso. Preferencialmente, a quantidade de catalisador homogêneo (ou catalisadores) na forma de potássio e/ou sódio, tal como que são retidos na dita corrente esgotada de cloreto de saída a partir de a dita etapa de permuta iônica de cloreto, é pelo menos 85% em peso da quantidade que entra na dita etapa de permuta iônica de cloreto, tal como pelo menos 90% em peso. Por este meio, é necessário adicionar menos catalisador de composição homogêneo na etapa de pré-tratamento 1, e é obtido um processo mais econômico para fornecer petróleo bruto ao processo de atualização de acordo com a presente invenção e, assim, é obtido um processo global mais eficiente e econômico.

Claims

1. Sistema de processamento caracterizado por compreender: - pelo menos um dispositivo de pressurização; - pelo menos um dispositivo de separação; - pelo menos uma seção de conversão; - pelo menos uma unidade de válvula entre o pelo menos um dispositivo de pressurização e a pelo menos uma seção de conversão; - pelo menos uma unidade de válvula entre a pelo menos uma seção de conversão e a pelo menos uma unidade de separação; - em que a seção de conversão compreende pelo menos duas unidades de conversão paralelas; - em que cada unidade de conversão compreende o pelo menos um dispositivo de aquecimento o pelo menos um dispositivo de reator, e o pelo menos um dispositivo de arrefecimento, em que uma unidade de válvula de fechamento é fornecida entre o pelo menos um dispositivo de pressurização e cada uma das unidades de conversão; e em que uma unidade de válvula de fechamento é fornecida entre cada uma das unidades de conversão e a pelo menos uma unidade de separação.

2. Sistema de processamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada uma das unidades de válvula fechamento compreender uma válvula de manutenção entre as duas válvulas da unidade de válvula de fechamento.

3. Sistema de processamento, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por um dispositivo de redução de pressão ser fornecido como parte de uma unidade de conversão.

4. Sistema de processamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, sendo que o sistema de processamento é caracterizado por compreender ainda um sistema de aquecimento e arrefecimento que contêm um aquecedor de mistura de alimentação e um resfriador de produto, em que o calor é extraído do dispositivo de arrefecimento e transferido para o dispositivo de aquecimento usando água de alta pressão a uma pressão acima da pressão crítica como meio de transferência de calor.

5. Sistema de processamento, de acordo com a reivindicação 4, sendo que o sistema de processamento é caracterizado por compreender ainda um resfriador de água de alta pressão e em que a água de alta pressão do resfriador de produto é ainda aquecida antes de entrar no aquecedor de mistura de alimentação e a água de alta pressão resfriada da aquecedor de mistura de alimentação é ainda mais resfriada no resfriador de água de alta pressão antes de entrar no resfriador de produto.

6. Sistema de processamento, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado por o aquecedor de mistura de alimentação e o resfriador de produto serem um trocador de calor de invólucro e tubo com o fluido do processo que flui dentro do tubo e a água de alta pressão que flui no lado do invólucro dos tubos.

7. Sistema de processamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado por a temperatura da água de alta pressão ser de pelo menos 375 °C e a pressão ser de pelo menos 220 bar, mais particularmente pelo menos 240 bar.

8. Sistema de processamento, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a temperatura da água de alta pressão ser pelo menos 400 °C.