BR112021015048B1 - Processo para a produção de combustível de jato sintético - Google Patents

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Abstract

PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE COMBUSTÍVEL DE JATO SINTÉTICO. É descrito um processo para produzir um combustível de jato semissintético, um combustível de jato totalmente sintético, ou uma combinação de ambos, por conversão de insumo em hidrocarbonetos.

Description

REFERÊNCIA REMISSIVA A PEDIDO RELACIONADO
[0001] O presente pedido reivindica prioridade ao pedido de patente provisória norte-americana número US 62/790.636, depositado em 30 de janeiro de 2019, cujo teor na íntegra é pela presente incorporado por referência.
CAMPO
[0002] A presente revelação refere-se em geral a processos para produzir combustíveis de jato. mais particularmente, a presente revelação refere-se a um processo para produzir combustível de jato sintético.
ANTECEDENTES
[0003] Um processo para produzir combustível para turbina de aviação, também mencionado como combustível de jato, a partir de insumos, como biomassa renovável e/ou insumos residuais é de valor. Combustível de jato é o menos provável dos combustíveis de transporte a ser substituído por combustíveis não baseados em hidrocarboneto, como eletricidade.
[0004] Há desafios em idealizar um processo para produzir combustível de jato a partir de insumos como materiais renováveis e/ou residuais.
[0005] Um desafio é aquele de logística de alimentação relacionada à conversão de biomassa em líquidos; por exemplo, como delineado na literatura (Zwart, R. W. R.; Boerrigter, H.; Van der Drift, A. Energy Fuels 2006, 20, 2192-2197). Biomassa como um insumo representativo é compreendido principalmente de matéria lignocelulósica e é uma matéria prima que tem de ser coletada sobre uma área ampla. Biomassa tem uma densidade física baixa, isto é, em massa por volume e uma densidade de energia baixa, isto é, energia de combustão por volume. Ter uma instalação de processamento centralizada para converter a biomassa em combustível de jato é tipicamente preferido, porém transportar tal matéria prima de baixa densidade através de grandes distâncias pode ser caro (por exemplo, tanto financeiramente como em termos de energia), e em geral é necessária o adensamento da biomassa antes do transporte. A logística de alimentação pode ser um desafio menor com insumos residuais, onde a coleta de resíduos é normalmente provida como um serviço para residentes em uma comunidade através do sistema de esgoto e sistema de coleta de resíduo municipal (lixo).
[0006] Outro desafio, relacionado à logística de alimentação, é alto teor de água de insumos, como insumos residuais e biomassa. Embora os métodos para secagem e outras formas de remoção de água sejam conhecidos (por exemplo, Allardice, D. J.; Caffee, A. L.; Jackson, W. R.; Marshall, M. In Advances in the science of Victorian brown coal; Li, C-Z. Ed. Elsevier, 2004, p.85-133), a redução do teor de água para aumentar a densidade de energia pode acrescentar custo.
[0007] Outro desafio é heterogeneidade de alimentação. Com insumos que são de natureza principalmente sólida, a heterogeneidade se refere em geral à diversidade tanto física como química. Quando um processo é sensível à variação de alimentação, deve-se gastar esforço para homogeneizar o insumo, o que acrescenta custo.
[0008] Outro desafio está relacionado a razões molares de hidrogênio, carbono e oxigênio em insumos, como insumos residuais e biomassa. Biomassa e insumos residuais contêm compostos contendo oxigênio onde mais de 1/3 da massa total pode ser oxigênio. Isso é contrário a insumos brutos fósseis que contêm pouco oxigênio. Quando tais insumos contendo oxigênio são convertidos em combustível de jato, o oxigênio é geralmente eliminado com perda de hidrogênio como água ou com perda de carbono como monóxido de carbono ou dióxido de carbono. Especificações de combustível de jato, entretanto, exigem geralmente desoxigenação quase completa. Em geral, insumos de resíduos biológicos e biomassa têm geralmente uma razão molar de hidrogênio para carbono de cerca de 1,4 para 1, enquanto o combustível de jato requer em geral uma razão molar de hidrogênio para carbono mais alta de cerca de 2 para 1, uma consequência das especificações de combustível de jato como ponto de fumaça e densidade de energia gravimétrica.
[0009] Outro desafio está relacionado a técnicas para refinar um produto biocrude contendo compostos que contêm oxigênio (oxigenados); por exemplo, quando presente na fração de ebulição < 350 °C do produto. Investigações experimentais que avaliaram a operação de tecnologia de refino de petróleo com produtos contendo oxigenado indicaram que a modificação da tecnologia de refino de petróleo é frequentemente necessária, mesmo para hidroprocessamento; por exemplo, Leckel, D. O. Energy Fuels 2007, 21, 662-667; Cowley, M. Energy Fuels 2006, 20, 17711776; Smook, D.; De Klerk, A. Ind. Eng. Chem. Res. 2006, 45, 467-471. O impacto de oxigenados sobre catalisadores e catálise para refino foi examinado (por exemplo, De Klerk, A.; Furimsky, E. Catalysis in the refining of Fischer- Tropsch syncrude; Royal Society of Chemistry, 2010). Refinarias convencionais teriam provavelmente de serem submetidas a alterações a fim de utilizar biocrude como um insumo para combustível de jato.
SUMÁRIO
[00010] Em um aspecto da presente revelação, é provido um processo para produzir combustível de jato sintético, compreendendo converter insumo em gás sintético; converter o gás de síntese em uma mistura que compreende hidrocarbonetos líquidos; refinar a mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos para isolar um produto de querosene; e hidrotratar o produto de querosene para formar combustível de jato sintético.
[00011] Em uma concretização da presente revelação, é provido um processo em que a conversão de insumo e gás de síntese compreende: pirolisar o insumo sob condições aquosas para formar uma mistura que compreende biocrude.
[00012] Em outra concretização, é provido um processo em que o insumo compreende biomassa, materiais orgânicos, fluxos de resíduo ou uma combinação dos mesmos com um alto teor de água.
[00013] Em outra concretização, é provido um processo em que a conversão de insumo em gás de síntese compreende: pirolisar o insumo para formar uma mistura compreendendo biocrude.
[00014] Em outra concretização, é provido um processo em que o insumo compreende biomassa, materiais orgânicos, fluxos de resíduo ou uma combinação dos mesmos com baixo teor de água.
[00015] Em outra concretização, é provido um processo em que a conversão de insumo em gás de síntese compreende ainda: gaseificar a mistura compreendendo biocrude para formar o gás de síntese.
[00016] Em outra concretização, é provido um processo em que a gaseificação da mistura compreendendo biocrude compreende: gaseificação supercrítica de água da mistura compreendendo biocrude para formar uma mistura que compreende CH4, CO, CO2, e H2; e reformar a mistura compreendendo CH4, CO, CO2, e H2 para formar o gás de síntese.
[00017] Em outra concretização, é provido um processo em que a reformação compreende reformação seca e reformação a vapor.
[00018] Em outra concretização, é provido um processo em que ao converter insumo em gás de síntese, o processo compreende ainda: adicionar um insumo de óleo, um insumo de açúcar, e/ou um insumo de álcool à mistura compreendendo biocrude antes da gaseificação.
[00019] Em outra concretização, é provido um processo em que o gás de síntese compreende uma razão de H2 para CO que é menor que 2 para 1.
[00020] Em outra concretização, é provido um processo em que o gás de síntese compreende uma razão estequiométrica de (H2 - CO2) / (CO + CO2) que é menor que 2 para 1.
[00021] Em outra concretização, é provido um processo em que o gás de síntese compreende uma razão Ribblet de (H2)/(2CO + 3CO2), que é menor que 1 para 1.
[00022] Em outra concretização, é provido um processo em que a conversão do gás de síntese em uma mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos compreende: executar uma síntese Fischer-Tropsch para converter o gás de síntese em uma mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos.
[00023] Em outra concretização, é provido um processo em que a síntese Fischer-Tropsch é executada com um catalisador à base de ferro.
[00024] Em outra concretização, é provido um processo em que ao executar a síntese Fischer-Tropsch para converter o gás de síntese em uma mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos, o processo compreende ainda: uma reação de deslocamento de gás-água para aumentar a concentração de H2.
[00025] Em outra concretização, é provido um processo em que a síntese Fischer-Tropsch é executada em uma pressão de aproximadamente 2 MPa; ou em uma pressão maior que 2 MPa; ou aproximadamente 2,5 MPa; ou aproximadamente 2,8 MPa.
[00026] Em outra concretização, é provido um processo em que a síntese Fischer-Tropsch é executada em uma pressão em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a 5 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 4 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 3 MPa; ou em uma faixa de cerca de 1,5 a cerca de 2,5 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 2,5 MPa.
[00027] Em outra concretização, é provido um processo em que a síntese Fischer-Tropsch é executada em uma pressão maior que 2 MPa.
[00028] Em outra concretização, é provido um processo em que a mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos compreende uma razão de alceno para alcano que é maior que 1 para 1.
[00029] Em outra concretização, é provido um processo em que o refino da mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos para isolar um produto de querosene compreende: executar uma separação de equilíbrio de vapor-líquido na mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos; e separar a mistura no produto de querosene e pelo menos um de um produto aquoso, nafta e produto de gás ou um óleo de gás e produto mais pesado.
[00030] Em outra concretização, é provido um processo em que a separação de equilíbrio de vapor-líquido é executada como uma separação de estágio único e/ou uma separação de múltiplos estágios.
[00031] Em outra concretização, é provido um processo em que quando um produto aquoso é separado, o refino da mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos para isolar um produto de querosene compreende ainda: adicionar o produto aquoso separado à mistura compreendendo biocrude antes de gaseificar a mistura compreendendo biocrude ao converter insumo em gás de síntese.
[00032] Em outra concretização, é provido um processo em que, quando um produto de gás e nafta é separado, o refino da mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos para isolar um produto de querosene compreende ainda: oligomerizar o produto de gás e nafta para formar uma mistura compreendendo um primeiro produto de querosene adicional.
[00033] Em outra concretização, é provido um processo em que a oligomerização do produto de gás e nafta é executada em uma pressão de aproximadamente 2,5 MPa; ou aproximadamente 2 MPa.
[00034] Em outra concretização, é provido um processo em que a oligomerização do produto de gás e nafta é executada em uma pressão em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a 3 MPa; ou em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a cerca de 2,5 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 2,5 MPa.
[00035] Em outra concretização, é provido um processo em que a oligomerização do produto de gás e nafta é executada com um catalisador não sulfurado.
[00036] Em outra concretização, é provido um processo em que a oligomerização do produto de gás e nafta é executada com um catalisador de zeólito ZSM-5 ácido.
[00037] Em outra concretização, é provido um processo em que o primeiro produto de querosene adicional compreende compostos aromáticos e alceno.
[00038] Em outra concretização, é provido um processo em que o primeiro produto de querosene adicional compreende aproximadamente 0% a aproximadamente 60% de compostos aromáticos; aproximadamente 1% a aproximadamente 60% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 1% a aproximadamente 50% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 1% a aproximadamente 40% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 1% a aproximadamente 30% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 0% a aproximadamente 1% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 1% a aproximadamente 7% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 8% a aproximadamente 25% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 8% de compostos aromáticos.
[00039] Em outra concretização, é provido um processo em que, quando um produto mais pesado e óleo de gás é separado, o refino da mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos para isolar um produto de querosene compreende ainda: hidrocraquear o produto mais pesado e óleo de gás para formar uma mistura que compreende um segundo produto de querosene adicional.
[00040] Em outra concretização, é provido um processo em que o hidrocraqueamento do produto mais pesado e óleo de gás é executado em uma pressão de aproximadamente 2,5 MPa; ou aproximadamente 2 MPa.
[00041] Em outra concretização, é provido um processo em que o hidrocraqueamento do produto mais pesado e óleo de gás é executado em uma pressão em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a 3 MPa; ou em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a cerca de 2,5 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 2,5 MPa.
[00042] Em outra concretização, é provido um processo em que o hidrocraqueamento do produto mais pesado e óleo de gás é executado com um catalisador não sulfurado.
[00043] Em outra concretização, é provido um processo em que o hidrocraqueamento é executado com um catalisador de metal nobre suportado em sílica-alumina amorfa. Em outra concretização, o catalisador é Pt/SiO2- Al2O3.
[00044] Em outra concretização, é provido um processo em que o hidrotratamento do produto de querosene para formar combustível de jato sintético compreende: hidrotratar o produto de querosene, e quando um produto de gás e nafta é separado, hidrotratar o primeiro produto de querosene adicional, para formar uma mistura compreendendo hidrocarbonetos parafínicos; e fracionar a mistura compreendendo hidrocarbonetos parafínicos e quando um produto mais pesado e óleo gás é separado, fracionar a mistura compreendendo o segundo produto de querosene adicional, para isolar o combustível de jato sintético.
[00045] Em outra concretização, é provido um processo em que ao fracionar a mistura compreendendo hidrocarbonetos parafínicos e fracionar a mistura compreendendo o segundo produto de querosene adicional, o processo compreende ainda: adicionar a mistura compreendendo o segundo produto de querosene adicional à mistura que compreende hidrocarbonetos parafínicos antes do fracionamento.
[00046] Em outra concretização, é provido um processo em que cada do produto de querosene, o primeiro produto de querosene adicional e o segundo produto de querosene adicional têm uma faixa de temperatura de ponto de ebulição normal de cerca de 140 °C a cerca de 300 °C.
[00047] Em outra concretização, é provido um processo em que o hidrotratamento é executado em uma pressão de aproximadamente 2,5 MPa; ou aproximadamente 2 MPa.
[00048] Em outra concretização, é provido um processo em que o hidrotratamento é executado em uma pressão em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a 3 MPa; ou em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a cerca de 2,5 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 2,5 MPa.
[00049] Em outra concretização, é provido um processo em que o hidrotratamento é executado com um catalisador não sulfurado.
[00050] Em outra concretização, é provido um processo em que o hidrotratamento é executado com um catalisador de metal base reduzido suportado em alumina ou sílica. Em outra concretização, o catalisador é Ni/Al2Oa reduzido.
[00051] Em outra concretização, é provido um processo em que o combustível de jato sintético é um combustível de jato semissintético, um combustível de jato totalmente sintético ou uma combinação dos mesmos.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[00052] As concretizações da presente revelação serão descritas agora, apenas como exemplo, com referência às figuras em anexo.
[00053] A figura 1 mostra um diagrama de fluxo de blocos do processo aqui descrito. As etapas são indicadas por blocos com linhas tracejadas e são numeradas 1 a 5. Em cada bloco de linha tracejada o nível seguinte de detalhe de processo é provido. Cada unidade maior é numerada. Apenas os fluxos onde a diferenciação é necessária para clareza são numerados.
[00054] A figura 2 mostra um diagrama de fluxo de blocos detalhado da terceira etapa e da quarta etapa da figura 1, com os fluxos principais identificados.
[00055] A figura 3 mostra a unidade de oligomerização, unidade 5.1 na figura 1, em maior detalhe com os fluxos maiores identificados.
[00056] A figura 4 mostra uma expansão da figura 3 mostrando como a fração de produto mais leve a partir da unidade de oligomerização, que inclui compostos de gás de síntese, é adicionalmente processada.
[00057] A figura 5 mostra uma expansão da figura 3 mostrando como o rendimento do combustível de jato sintético pode ser aumentado.
[00058] A figura 6 mostra a unidade de hidrocraqueamento, unidade 5.2 na figura 1, em mais detalhe com os fluxos maiores identificados onde a reciclagem de hidrogênio e alimentação de hidrogênio não é mostrada.
[00059] A figura 7 mostra a unidade de hidrotratamento, unidade 5.3 na figura 1, em mais detalhe com os fluxos maiores identificados, onde a reciclagem de hidrogênio e alimentação de hidrogênio não é mostrada.
[00060] A figura 8 mostra uma expansão da figura 7 mostrando como o produto a partir do meio de hidrotratamento é separado.
[00061] A figura 9 mostra um exemplo de um sistema para produzir gás de síntese sintético, onde A mostra uma unidade de liquefação hidrotérmica; B mostra uma unidade de gaseificação de água supercrítica; C mostra uma unidade de reformação; e X-X' indica fluxo de alimentação entre A e B, e Z-Z' indica fluxo de alimentação entre B e C.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[00062] De forma geral, a presente revelação provê um processo para produzir combustível de jato sintético, compreendendo converter insumo em gás sintético; converter o gás de síntese em uma mistura que compreende hidrocarbonetos líquidos; refinar a mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos para isolar um produto de querosene; e hidrotratar o produto de querosene para formar combustível de jato sintético.
[00063] Em um exemplo da presente revelação, é provido um processo em que a conversão de insumo em gás de síntese compreende: pirolisar o insumo sob condições aquosas para formar uma mistura compreendendo biocrude.
[00064] Em outro exemplo, é provido um processo em que o insumo compreende biomassa, materiais orgânicos, fluxos residuais ou uma combinação dos mesmos com alto teor de água.
[00065] Em outro exemplo, é provido um processo em que a conversão de insumo em gás de síntese compreende: pirolisar o insumo para formar uma mistura compreendendo biocrude.
[00066] Em outro exemplo, é provido um processo em que o insumo compreende biomassa, materiais orgânicos, fluxos de resíduo ou uma combinação dos mesmos com baixo teor de água.
[00067] Em outro exemplo, é provido um processo em que a conversão de insumo em gás de síntese compreende ainda: gaseificar a mistura compreendendo biocrude para formar o gás de síntese.
[00068] Em outro exemplo, é provido um processo em que a gaseificação da mistura compreendendo biocrude compreende: gaseificação supercrítica de água da mistura compreendendo biocrude para formar uma mistura que compreende CH4, CO, CO2, e H2; e reformar a mistura compreendendo CH4, CO, CO2, e H2 para formar o gás de síntese.
[00069] Em outro exemplo, é provido um processo em que a reformação compreende reformação seca e reformação a vapor.
[00070] Em outro exemplo, é provido um processo em que ao converter insumo em gás de síntese, o processo compreende ainda: adicionar um insumo de óleo, um insumo de açúcar, e/ou um insumo de álcool à mistura compreendendo biocrude antes da gaseificação.
[00071] Em outro exemplo, é provido um processo em que o gás de síntese compreende uma razão de H2 para CO que é menor que 2 para 1.
[00072] Em outro exemplo, é provido um processo em que o gás de síntese compreende uma razão estequiométrica de (H2 - CO2)/(CO + CO2) que é menor que 2 para 1.
[00073] Em outro exemplo, é provido um processo em que o gás de síntese compreende uma razão Ribblet de (H2)/(2CO + 3CO2), que é menor que 1 para 1.
[00074] Em outro exemplo, é provido um processo em que a conversão do gás de síntese em uma mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos compreende: executar uma síntese Fischer-Tropsch para converter o gás de síntese em uma mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos.
[00075] Em outro exemplo, é provido um processo em que a síntese Fischer-Tropsch é executada com um catalisador à base de ferro.
[00076] Em outro exemplo, é provido um processo em que ao executar a síntese Fischer-Tropsch para converter o gás de síntese em uma mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos, o processo compreende ainda: uma reação de deslocamento de gás-água para aumentar a concentração de H2.
[00077] Em outro exemplo, é provido um processo em que a síntese Fischer-Tropsch é executada em uma pressão de aproximadamente 2 MPa; ou em uma pressão maior que 2 MPa; ou aproximadamente 2,5 MPa; ou aproximadamente 2,8 MPa.
[00078] Em outro exemplo, é provido um processo em que a síntese Fischer-Tropsch é executada em uma pressão em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a 5 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 4 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 3 MPa; ou em uma faixa de cerca de 1,5 a cerca de 2,5 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 2,5 MPa.
[00079] Em outro exemplo, é provido um processo em que a síntese Fischer-Tropsch é executada em uma pressão maior que 2 MPa.
[00080] Em outro exemplo, é provido um processo em que a mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos compreende uma razão de alceno para alcano que é maior que 1 para 1.
[00081] Em outro exemplo, é provido um processo em que o refino da mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos para isolar um produto de querosene compreende: executar uma separação de equilíbrio de vapor-líquido na mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos; e separar a mistura no produto de querosene e pelo menos um de um produto aquoso, um produto de gás e nafta ou um produto mais pesado e óleo de gás.
[00082] Em outro exemplo, é provido um processo em que a separação de equilíbrio de vapor-líquido é executada como uma separação de estágio único e/ou uma separação de múltiplos estágios.
[00083] Em outro exemplo, é provido um processo em que quando um produto aquoso é separado, o refino da mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos para isolar um produto de querosene compreende ainda: adicionar o produto aquoso separado à mistura que compreende biocrude antes de gaseificar a mistura compreendendo biocrude ao converter insumo em gás de síntese.
[00084] Em outro exemplo, é provido um processo em que quando um produto de gás e nafta é separado, refinar a mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos para isolar um produto de querosene compreende ainda: oligomerizar o produto de gás e nafta para formar uma mistura que compreende um primeiro produto de querosene adicional.
[00085] Em outro exemplo, é provido um processo em que a oligomerização do produto de gás e nafta é executada em uma pressão de aproximadamente 2,5 MPa; ou aproximadamente 2 MPa.
[00086] Em outro exemplo, é provido um processo em que a oligomerização do produto de gás e nafta é executada em uma pressão em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a 3 MPa; ou em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a cerca de 2,5 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 2,5 MPa.
[00087] Em outro exemplo, é provido um processo em que a oligomerização do produto de gás e nafta é executada com um catalisador não sulfurado.
[00088] Em outro exemplo, é provido um processo em que a oligomerização do produto de gás e nafta é executada com um catalisador de zeólito ZSM-5 ácido.
[00089] Em outro exemplo, é provido um processo em que o primeiro produto de querosene adicional compreende compostos aromáticos e de alceno.
[00090] Em outro exemplo, é provido um processo em que o primeiro produto de querosene adicional compreende aproximadamente 0% a aproximadamente 60% de compostos aromáticos; aproximadamente 1% a aproximadamente 60% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 1% a aproximadamente 50% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 1% a aproximadamente 40% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 1% a aproximadamente 30% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 0% a aproximadamente 1% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 1% a aproximadamente 7% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 8% a aproximadamente 25% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 8% de compostos aromáticos.
[00091] Em outro exemplo, é provido um processo em que, quando um produto mais pesado e óleo de gás é separado, o refino da mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos para isolar um produto de querosene compreende ainda: hidrocraquear o produto mais pesado e óleo de gás para formar uma mistura compreendendo um segundo produto de querosene adicional.
[00092] Em outro exemplo, é provido um processo em que o hidrocraqueamento do produto mais pesado e óleo de gás é executado em uma pressão de aproximadamente 2,5 MPa; ou aproximadamente 2 MPa.
[00093] Em outro exemplo, é provido um processo em que o hidrocraqueamento do produto mais pesado e óleo de gás é executado em uma pressão em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a 3 MPa; ou em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a cerca de 2,5 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 2,5 MPa.
[00094] Em outro exemplo, é provido um processo em que o hidrocraqueamento do produto mais pesado e óleo de gás é executado com um catalisador não sulfurado.
[00095] Em outro exemplo, é provido um processo em que o hidrocraqueamento é executado com um catalisador de metal nobre suportado em alumina-sílica amorfa. Em outro exemplo, o catalisador é Pt/SiO2-Al2O3.
[00096] Em outro exemplo, é provido um processo em que o hidrotratamento do produto de querosene para formar combustível de jato sintético compreende: hidrotratar o produto de querosene, e quando um produto de gás e nafta é separado, hidrotratar o primeiro produto de querosene adicional, para formar uma mistura compreendendo hidrocarbonetos parafínicos; e fracionar a mistura compreendendo hidrocarbonetos parafínicos, e quando um produto mais pesado e óleo de gás é separado, fracionar a mistura compreendendo o segundo produto de querosene adicional, para isolar o combustível de jato sintético.
[00097] Em outro exemplo, é provido um processo em que ao fracionar a mistura compreendendo hidrocarbonetos parafínicos e fracionar a mistura compreendendo o segundo produto de querosene adicional, o processo compreende ainda: adicionar a mistura compreendendo o segundo produto de querosene adicional à mistura que compreende hidrocarbonetos parafínicos antes do fracionamento.
[00098] Em outro exemplo, é provido um processo em que cada do produto de querosene, o primeiro produto de querosene adicional e o segundo produto de querosene adicional têm uma faixa de temperatura de ponto de ebulição normal de cerca de 140 °C a cerca de 300 °C.
[00099] Em outro exemplo, é provido um processo em que o hidrotratamento é executado em uma pressão de aproximadamente 2,5 MPa; ou aproximadamente 2 MPa.
[000100] Em outro exemplo, é provido um processo em que o hidrotratamento é executado em uma pressão em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a 3 MPa; ou em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a cerca de 2,5 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 2,5 MPa.
[000101] Em outro exemplo, é provido um processo em que o hidrotratamento é executado com um catalisador não sulfurado.
[000102] Em outro exemplo, é provido um processo em que o hidrotratamento é executado com um catalisador de metal de base reduzido suportado em alumina ou sílica. Em outro exemplo, o catalisador é Ni/Al2Oa reduzido.
[000103] Em outro exemplo, é provido um processo em que o combustível de jato sintético é um combustível de jato semissintético, um combustível de jato totalmente sintético ou uma combinação dos mesmos.
[000104] Antes de explicar a presente invenção em detalhe, deve ser entendido que a invenção não é limitada às concretizações exemplificadoras contidas no presente pedido. A invenção é capaz de outras concretizações e de ser posta em prática ou realizada em uma variedade de modos. Deve ser entendido que a fraseologia e terminologia empregadas na presente invenção são para fins de descrição e não de limitação.
[000105] Será reconhecido que para simplicidade e clareza de ilustração, onde considerado apropriado, numerais de referência podem ser repetidos entre as figuras para indicar etapas ou elementos correspondentes ou análogos. Além disso, inúmeros detalhes específicos são expostos para fornecer uma compreensão completa das concretizações exemplificadoras descritas na presente invenção. Entretanto, será entendido por aqueles com conhecimentos comuns na técnica que as concretizações descritas aqui podem ser postas em prática sem esses detalhes específicos. Em outras instâncias, métodos, procedimentos e componentes bem conhecidos não foram descritos em detalhe de modo a não obscurecer as concretizações descritas na presente invenção. Adicionalmente, essa descrição não deve ser considerada como limitando de modo algum o escopo das concretizações descritas na presente invenção, porém ao invés como meramente descrevendo uma implementação exemplificadora das várias concretizações descritas aqui.
[000106] A menos que definido de outro modo, todos os termos técnicos e científicos utilizados na presente invenção têm o mesmo significado como comumente entendido por uma pessoa com conhecimentos comuns na técnica à qual essa invenção pertence.
[000107] Como utilizado no relatório descritivo e nas reivindicações, as formas singulares "um", "uma" e "o, a" incluem referências no plural a menos que o contexto claramente determine de outro modo.
[000108] O termo "compreendendo" como utilizado na presente invenção será entendido como significando que a lista a seguir é não exaustiva e pode ou não incluir quaisquer outros itens adequados adicionais, por exemplo, uma ou mais característica(s), componente(s) e/ou ingrediente(s) adicional(is)como apropriado.
[000109] Como utilizado na presente invenção, os termos "cerca de" e "aproximadamente" são utilizados em combinação com faixas de dimensões, concentrações, temperaturas ou outras propriedades e características físicas ou químicas. O uso desses termos pretende cobrir variações leves que podem existir nos limites superior e inferior dos valores ou faixas de propriedades e características, por exemplo, em ±10%, ou ±5%.
[000110] Como utilizado na presente invenção, “combustível de turbina de aviação” ou “combustível de jato” se refere a querosene antes da adição de aditivos de combustível necessários para atender a exigências de especificação para combustível de turbina de aviação sintética como um componente de mistura de combustível de jato com querosene derivado de petróleo (isto é, combustível de jato semi-sintético), ou um combustível de jato sem qualquer querosene derivado de petróleo (isto é, combustível de jato totalmente sintético). Por exemplo, essas exigências de especificação são descritas em documentos de padrões apropriados, como o United Kingdom Ministry of Defense. Padrão de defesa 91-91, edição 7. Turbine Fuel, Kerosine Type, Jet A-1, NATO Code: F-35, Joint Service Designation: AVTUR; Ministry of Defence: Londres, 18 de fevereiro de 2011, e ASTM D 7566-15b atualizado para ASTM D 7566-19 (por exemplo, vide Anexo A1, querosenes parafínicos sintetizados (SPK) com aromáticos). Standard specification for aviation turbine fuel containing synthesized hydrocarbons; American Society for Testing and Materials: West Conshohocken, PA, 2015. Como um técnico no assunto reconheceria, apenas algumas das exigências de especificação podem ser atendidas por adicionar aditivos; muitas das exigências de especificação podem ser atendidas através do processo de refino (por exemplo, vide o Exemplo 4 abaixo, em que foi possível atender as exigências após adicionar somente um dissipador estático).
[000111] Como utilizado na presente invenção, “insumo” se refere à biomassa, materiais orgânicos, fluxos residuais ou combinações dos mesmos. Os exemplos de insumos incluem, porém não são limitados a um fluxo residual de uma usina de etanol de grão (bagaço, vinhaça, água residual e glicerina), biomassa celulósica (madeira, culturas de energia, gramas), resíduos orgânicos (produtos residuais de coleta de lixo verde; lama de esgoto), resíduos agrícolas (resíduos ou resíduos de plantas de agricultura, adubo), fluxos residuais de fábrica de papel e polpa (resíduo de madeira, pré-hidrolisado), resíduos orgânicos separados- municipais, biodiesel (glicerina) e quaisquer combinações dos mesmos. Os exemplos de biomassa incluem, porém não são limitados a materiais que são subprodutos a partir de atividades como colheita de silvicultura, colheita ou gerenciamento de resíduos de manufatura, construção e demolição de produtos; e biomassa lignocelulósica, por exemplo, resíduos à base de madeira, que são classificados em três categorias; resíduos de silvicultura, resíduos urbanos e resíduos de moinho. Os exemplos de materiais orgânicos incluem, porém não são limitados a quaisquer de materiais celulósicos, materiais lignocelulósicos, resíduos como resíduos de processamento de madeira, resíduos agrícolas, coletas de lixo verde municipal, adubos, um efluente a partir de uma usina de processamento de material celulósico, um efluente a partir de uma fábrica de papel, um efluente a partir de um processo de etanol a partir de biomassa, vinhaça fina ou integral, grãos de destilaria secos, e águas residuais biodegradáveis; materiais com carbono e hidrogênio em sua estrutura molecular, por exemplo, álcoois, cetonas, aldeídos, ácidos graxos, ésteres, ácidos carboxílicos, éteres, carboidratos, proteínas, lipídeos, polissacarídeos, monossacarídeo, celulose, ácidos nucleicos etc.; e podem estar presentes, por exemplo, em resíduo por exemplo, fluxos de resíduo agrícola ou industrial; lama de esgoto, fluxos de fluido orgânico, biomassa fresca, biomassa pré-tratada, biomassa parcialmente digerida etc. Em alguns exemplos, “insumo” como definido na presente invenção inclui insumos com um alto teor de água e/ou insumos com baixa densidade de energia. Em alguns exemplos, “insumo” como definido na presente invenção inclui insumos com baixo teor de água.
[000112] Em alguns exemplos, um alto teor de água se refere a um material tendo água presente como uma fase separada em condições ambiente. Em um exemplo, um alto teor de água se refere a um material com um teor de água que excede o teor de matéria orgânica. Em outros exemplos, um alto teor de água se refere a um teor de água, por exemplo, de > 40 % em peso, ou, entre cerca de 50 % em peso a cerca de 95 % em peso; ou entre cerca de 60 % em peso a cerca de 90 % em peso; ou entre cerca de 70 % em peso a cerca de 90 % em peso; ou entre cerca de 80 % em peso a cerca de 90 % em peso; ou, qualquer valor entre cerca de 50 % em peso e cerca de 70 % em peso a qualquer valor entre cerca de 75% em peso e cerca de 95 % em peso. Em alguns exemplos, um baixo teor de água se refere a um material sem água presente como uma fase separada em condições ambiente. Em outros exemplos, um baixo teor de água se refere a um teor de água, por exemplo de, < 40 % em peso, ou, entre cerca de 5 % em peso a cerca de 40 % em peso; ou entre cerca de 10 % em peso a cerca de 40 % em peso; ou entre cerca de 20 % em peso a cerca de 40 % em peso; ou entre cerca de 30 % em peso a cerca de 40 % em peso; ou, qualquer valor entre cerca de 5 % em peso e cerca de 20 % em peso a qualquer valor entre cerca de 25% em peso e cerca de 40 % em peso.
[000113] Como utilizado na presente invenção, “insumo de óleo” se refere a óleos vegetais ou óleos de gordura animal. Em alguns exemplos, “insumo de óleo” se refere a óleos vegetais ou óleos de gordura animal residuais. “Insumo de açúcar” se refere a soluções de açúcar. Em alguns exemplos, o açúcar pode ser açúcar residual. “Insumo de álcool” se refere a álcoois líquidos como glicerol. Em alguns exemplos, o álcool líquido pode ser um álcool residual.
[000114] Como utilizado na presente invenção, “pirolisar insumo sob condições aquosas” se refere à pirólise ou tratamento térmico de insumo na presença de água presente como uma fase separada em condições ambiente; como tal, porém não limitado a, liquefação hidrotérmica. Como utilizado na presente invenção, “pirolisar insumo” se refere à pirólise ou tratamento térmico de insumo onde água não está presente como uma fase separada em condições ambiente. Como seria reconhecido por um técnico no assunto, “condições aquosas” se referem à água estando presente em uma quantidade suficiente para atuar como, por exemplo, um reagente, catalisador, solvente ou combinação dos mesmos. Como um técnico no assunto reconheceria também, “condições de pirólise” pode se referir à ausência de água; ou a água estando presente em uma quantidade que não seria suficiente para atuar como, por exemplo, um reagente, catalisador, solvente ou combinação dos mesmos.
[000115] Como utilizado na presente invenção, “hidrocarbonetos líquidos” se referem a alcanos e alcenos lineares, ramificados e/ou cíclicos (olefinas) ou compostos aromáticos que podem ser não substituídos ou substituídos com grupos funcionais contendo oxigênio, como, porém não limitado a álcoois, aldeídos, ácidos carboxílicos, cetonas, éteres etc.
[000116] Como utilizado na presente invenção, “biocrude” é uma mistura que inclui porém não é limitada a compostos aromáticos, compostos poliaromáticos, ácidos graxos, alcanos, alcenos e/ou compostos contendo oxigênio.
[000117] Como utilizado na presente invenção, “hidrocarbonetos parafínicos” se refere a alcanos lineares ou ramificados e pode incluir cicloalcanos.
[000118] É de scrito na presente invenção um processo que converte insumos, como biomassa, insumos residuais, insumos de óleo, insumos de açúcar, e/ou insumo de álcool em um combustível de jato sintético que é adequado para mistura, ou para uso direto como um combustível de jato semissintético ou totalmente sintético.
[000119] Com referência à figura 1, um exemplo do processo é descrito em cinco etapas, como indicado por blocos com linhas tracejadas. As cinco etapas incluem (1) pirólise de insumo ou pirólise de insumo sob condições aquosas (por exemplo, liquefação hidrotérmica) para produzir uma mistura que compreende biocrude, (2) gaseificação da mistura compreendendo biocrude para formar gás de síntese, e opcionalmente adicionar um insumo de óleo, um insumo de açúcar e/ou um insumo de álcool à mistura compreendendo biocrude antes de gaseificação, (3) executar uma síntese Fischer-Tropsch para converter o gás de síntese em uma mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos, (4) refinar a mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos para isolar um produto de querosene, e pelo menos três outras frações, e (5) hidrotratar o produto de querosene para produzir combustível de jato como um produto principal. Em algumas concretizações, a etapa 1 da figura 1 é executada em locais distribuídos e as etapas 2 a 5 da figura 1 são executadas em um local central.
[000120] A etapa 1 da figura 1 é dirigida à conversão de insumos, como insumos volumosos de baixa densidade de energia em um líquido mais denso que pode ser facilmente manipulado e transportado. Em um exemplo da etapa 1, a pirólise sob condições aquosas envolve liquefação hidrotérmica, como mostrado pelo bloco 1 na figura 1. Como mostrado, as unidades de liquefação hidrotérmica são unidades distribuídas em escala pequena que podem ser implantadas próximo a uma fonte de insumos, como uma fonte de biomassa ou materiais residuais. As unidades de liquefação hidrotérmica são representadas por blocos 1.1 a 1.n na figura 1, onde n é um valor de número inteiro positivo. Por implantar unidades de liquefação direta em modo distribuído, a distância a partir do insumo bruto até uma planta central é reduzida; e uma vez que o produto produzido na etapa 1 (isto é, uma mistura compreendendo biocrude) tem um teor de água mais baixo e densidade de energia e densidade física mais alta do que o insumo, essa conversão pode tornar viável o transporte até uma fábrica de produto final centralizada grande. Por produzir uma mistura que compreende biocrude, que é um produto líquido, é relativamente mais fácil homogeneizar do que produtos sólidos densificados. Opcionalmente, uma das unidades de liquefação hidrotérmica pode ser localizada na instalação de processamento central. Em outro exemplo da etapa 1, não mostrado, outras tecnologias de liquefação podem ser selecionadas, como apropriado, para cada dos insumos distribuídos, como pirólise para produzir óleo a partir de insumos semelhantes a sólido/secos. No exemplo, os blocos 1.n da etapa 1 são unidades de pirólise. Quando somente uma única fonte de alimentação localizada está disponível, então n = 1 na figura 1 e apenas uma única unidade de liquefação hidrotérmica é empregada.
[000121] A liquefação hidrotérmica é um processo pelo qual um insumo é aquecido sob condições aquosas por um período de tempo suficiente para hidrolisar substancialmente o insumo e produzir um produto de liquefação que tenha massa molecular média mais baixa do que a alimentação. A liquefação hidrotérmica é um exemplo de um processo de liquefação direta. o processo de liquefação hidrotérmica pode ser implementada como uma batelada, semi-batelada ou processo contínuo sob condições de água subcríticas ou supercríticas. As condições de operação, supercríticas ou subcríticas, determinam também uma minimização de formação de char e teores de oxigênio no produto de liquefação. Alguns gases não condensáveis produzidos durante esse processo podem ser utilizados como gases de combustível para fornecer a energia necessária. A liquefação hidrotérmica não requer que o insumo seja seco. Dependendo da temperatura na qual o insumo é aquecido, a pressão desenvolverá autogenamente para limitar a vaporização de água. Subsequente à liquefação hidrotérmica, uma separação de fase líquido-líquido pode ser empregada para separar água e produto de liquefação. O processo de liquefação hidrotérmica pode ser implementado em escala pequena até o ponto em que possa ser implementado mesmo em uma unidade móvel.
[000122] Em um exemplo do processo descrito na presente invenção, a liquefação hidrotérmica (HTL) é conduzida em uma temperatura de cerca de 350 °C durante 40 minutos. Alternativamente, é conduzida em água supercrítica em torno de 410 °C durante apenas alguns minutos (por exemplo, aproximadamente 5 minutos ou menos). Como um técnico no assunto reconheceria, condições de liquefação hidrotérmica diferentes podem criar biocrudes diferentes leves, uma diferença principal sendo a quantidade de oxigênio nos biocrudes: HTL de água supercrítica pode produzir biocrudes contendo cerca de 8% a 10% de oxigênio, enquanto pirólise de HTL pode produzir biocrudes contendo oxigênio na faixa baixa de 40%. O processo como descrito na presente invenção pode aceitar todos os tipos diferentes de biocrudes/bio óleos.
[000123] Em um exemplo, trailers com unidades de liquefação móvel (por exemplo, unidades de liquefação hidrotérmica, ou unidades de pirólise etc.) podem ser estacionados em fazendas para processar resíduo de fazenda e biomassa em um produto de liquefação (por exemplo, uma mistura compreendendo biocrude) que é coletado em um tanque móvel para coleta intermitente. Tais unidades móveis seriam tipicamente projetadas para operação simples e não supervisionada. Em outro exemplo, unidades de liquefação estacionárias maiores podem ser posicionadas em instalações, como instalações de manipulação de resíduo municipal e serrarias ou fábricas de papel, onde uma rede de coleta para insumos de resíduo e biomassa já está no lugar. Essas unidades de liquefação estacionárias seriam tipicamente projetadas com integração de calor mais complexa para eficiência de operação mais alta devido a sua escala maior. O resto do processo é conduzido em uma instalação central, onde o produto de liquefação (por exemplo, uma mistura compreendendo biocrude) é coletado a partir das unidades de liquefação distribuídas e processado.
[000124] A etapa 2 da figura 1 é dirigida à combinação e homogeneização do produto de liquefação (isto é, a mistura compreendendo biocrude) (vide a unidade 2.1 da figura 1) a partir da etapa 1 (vide 2a na figura 1), e potencialmente um insumo de óleo, um insumo de açúcar, e/ou um insumo de álcool a partir de outras fontes além da etapa 1, como óleos de gordura animal ou vegetal residual (vide 2b na figura 1), e então gaseificar esses materiais de alimentação em gás de síntese bruto (vide a unidade 2.2 na figura 1) . Como indicado na figura 1, os materiais de alimentação para a produção de gás de síntese bruto (na unidade 2.2) podem incluir adicionalmente um produto aquoso Fischer-Tropsch (fluxo 4a) e material a partir do refino (fluxo 5b) . O gás de síntese bruto é então limpo (vide a unidade 2.3 na figura 1) para produzir gás de síntese limpo.
[000125] O termo gás de síntese bruto se refere a um gás que inclui uma mistura de hidrogênio (H2) e monóxido de carbono (CO), junto com outros compostos. Os outros compostos incluem tipicamente, porém não são limitados a dióxido de carbono (CO2) , vapor de água (H2O) , e metano (CH4) . O termo gás de síntese limpo se refere a gás de síntese bruto após remoção de compostos potencialmente prejudiciais que estavam presentes no gás de síntese bruto. A classe mais comum de contaminantes que devem ser removidos são compostos contendo enxofre como sulfeto de hidrogênio (H2S) e sulfeto de carbonila (COS). Adicionalmente outros compostos também podem ser removidos durante limpeza para melhorar a eficiência de processos a jusante.
[000126] O emprego de uma mistura compreendendo biocrude como uma alimentação para a produção de gás de síntese bruto, bem como outras alimentações líquidas, como insumos de óleo, insumos de açúcar, e/ou insumos de álcool, pode reduzir o impacto de heterogeneidade de alimentação por misturar em um tanque de alimentação (vide a unidade 2.1 na figura 1) antes da gaseificação. Uma vez que o material de alimentação é amplamente líquido, é mais fácil homogeneizar materiais de alimentação a partir de fontes diferentes. Adicionalmente, uma alimentação líquida pode tornar a produção de um gás de síntese bruto relativamente mais simples e eficiente, porque evita a manipulação de sólidos; as alimentações líquidas podem ser bombeadas para pressurizar as mesmas; as alimentações líquidas podem ter propriedades de transferência de calor superiores para gaseificação; e quando lavada, é isenta de minerais que podem contaminar potencialmente o gás de síntese. a pressão de operação da etapa de geração de gás de síntese bruto afeta a operação a jusante. É vantajoso executar a geração de gás de síntese bruto em uma pressão elevada. Em um exemplo, o gás de síntese bruto é gerado em pressão de cerca de 2 MPa ou mais alta; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a 5 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 4 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 3 MPa.
[000127] Em um exemplo do processo como descrito na presente invenção, o gás de síntese bruto é produzido por gaseificação de água supercrítica (SCWG) . Com SCWG e a quantidade apropriada de água com relação ao teor de oxigênio/hidrogênio/carbono, calor necessário para a gaseificação é gerado em um reator pelas reações exotérmicas SCWG após a gaseificação ter iniciado por uma fonte de calor externa, como um forno de partida. Como tal, SCWG não requer uma fonte constante de calor externo, enquanto água em excesso requer algum calor externo. Adicionalmente, o reator de SCWG opera em uma temperatura mais baixa, e sem necessidade de empregar um oxidante externamente fornecido. Água no reator SCWG desprende um pouco de seu hidrogênio, tipicamente através da reação de deslocamento de gás-água, para aumentar a razão de hidrogênio para carbono no gás de síntese bruto acima daquela geralmente prevista a partir da gaseificação das alimentação líquidas sozinhas. Todos os materiais de alimentação são introduzidos no processo SCWG na fase líquida em alta pressão, geralmente acima das exigências e pressão de uma alimentação de gás de síntese para uma síntese Fischer-Tropsch, que é tanto eficiente em termos de energia, como menos complexa do que a compressão do gás de síntese bruto após ser produzido. Gás quente que sai do reator SCWG troca calor com o insumo que entra e vapores de água no gás são resfriados/condensados junto com outros compostos orgânicos solúveis em água, e separados em separadores de gás/líquido pressurizado. Parte do produto rico em água separado é reciclado de volta para dentro do processo SCWG. Nesse ponto, o gás de síntese bruto pode ainda conter compostos diferentes de hidrogênio e monóxido de carbono. Alguns desses compostos podem ser removidos por condensação, porém um pouco de limpeza de gás (vide a unidade 2.3 na figura 1) pode ser exibido para remover contaminantes gasosos que poderiam afetar os processos a jusante. Gás de síntese limpo pode conter ainda compostos diferentes de hidrogênio e monóxido de carbono, como vapor de água e dióxido de carbono, porém seria substancialmente livre de compostos contendo enxofre. Os métodos para limpeza do gás de síntese bruto para obter gás de síntese limpo são conhecidos pelos técnicos no assunto.
[000128] Em um exemplo do processo como descrito na presente invenção, gaseificação de água supercrítica (SCWG) é conduzida em uma temperatura na faixa de 570 °C a 590 °C, com um teor de água de cerca de 30% a cerca de 60%, e em uma pressão na faixa de cerca de 20 MPa a cerca de 30 MPa, ou cerca de 22,5 MPa a cerca de 25 MPa. Em outro exemplo, gaseificação de água supercrítica (SCWG) é conduzida em uma temperatura de cerca de > 550 °C, com a pressão dependendo do design de reator e meio para controle de pressão.
[000129] Em alguns exemplos da etapa 2, a reformação é utilizada em combinação com a produção de gás de síntese limpo para converter hidrocarbonetos presentes no gás de síntese limpo em hidrogênio e monóxido de carbono. A presença de metano suficiente em gás de síntese bruto, junto com dióxido de carbono, permite a reformação desses gases utilizando reformação a vapor e reformação seca. Isso também permite reciclagem de CO2 adicional a partir do gás de síntese bruto para maximizar a conversão do metano em monóxido de carbono e hidrogênio. Um pouco de dióxido de carbono e água também é produzido nos processos de formação. Água pode ser separada por resfriamento dos gases, e dióxido de carbono pode ser reduzido em uma unidade de limpeza de gás de síntese.
[000130] Em sua forma mais simples, as reações de reformação de vapor e reformação de metano seco, junto com as reações de deslocamento de gás-água e gás-água inversa durante a etapa 2 são como a seguir:
[000131] Opcionalmente, o uso de um conversor de deslocamento de gás-água pode ser considerado para alterar a razão molar de hidrogênio para monóxido de carbono no gás de síntese limpo. Pelo menos algumas das tecnologias em potencial que podem ser selecionadas para a etapa 3 podem se beneficiar de uma razão molar de hidrogênio para monóxido de carbono que está mais próxima a 2 para 1. Opcionalmente, a produção de gás de síntese limpo é seguida por remoção de um pouco de CO2 a partir do gás de síntese limpo. Parte do CO2 pode ser reciclado.
[000132] A figura 9 mostra um exemplo de um sistema para produzir gás de síntese que pode ser utilizado com o processo como descrito na presente invenção, onde A mostra uma unidade de liquefação hidrotérmica; B mostra uma unidade de gaseificação de água supercrítica; e C mostra uma unidade de reformação.
[000133] Mais particularmente, a figura 9A mostra um exemplo de uma unidade de liquefação hidrotérmica (HTL) que envolve: insumo de todos os tipos, como todos os tipos de resíduos orgânicos, adubos, lama de esgoto, resíduos de silvicultura e agricultura, e todos os tipos de biomassa; ajuste de razão de insumo para adequar 20% de matéria seca, com possível ajuste de água; insumo (20% de matéria seca) bombeado através de bomba de alimentação de pressão alta para uma unidade de recuperação de calor, e então bombeado para uma unidade de aquecedor; alimentação, que pode incluir uma fase orgânica/aquosa a partir de uma unidade Fischer-Tropsch, é então bombeada a partir da unidade de aquecedor para um reator HTL através de uma bomba HP, e então de volta para a unidade de aquecedor; a partir da unidade de aquecedor após o reator HTL, a alimentação é movida para um resfriador e então para um separador de produto; o separador de produto produz gases não condensáveis e óleo biocrude (que é então bombeado para a unidade de gaseificação de água supercrítica da figura 9B); e o separador de produto também transmite para uma coleta de água HTL que transmite uma purga de sal, e água reciclada após separação de sal que vai para a bomba de alimentação de pressão alta.
[000134] A figura 9B mostra um exemplo de uma unidade de gaseificação de biocrude de água supercrítica (SCW) que envolve: receber o óleo biocrude a partir da unidade HTL da figura 9A, que é movida para uma unidade de recuperação de calor e então um aquecedor; a partir do aquecedor, a alimentação é movida para um reator SCWG (que tem uma saída para o dissipador de energia 'E'); a alimentação transmitida a partir do reator é movida de volta para a unidade de recuperação de calor e então para uma turbina de redução de pressão (que também transmite para o dissipador de energia 'E'); a partir da turbina, a alimentação é movida para outra unidade de recuperação de calou, a seguir para um resfriador; a partir do resfriador, a alimentação é movida para um separador de líquido/gás de alta pressão (um fulgor HP) que transmite uma fase aquosa e um biogás (que é então movido para a unidade de reformação da figura 9C); e a fase aquosa é tornada parte de uma reciclagem de água, que aceita água de composição e então é realimentada para a segunda unidade de recuperação de calor (que alimenta calor para o aquecedor).
[000135] A figura 9C mostra um exemplo de uma unidade de reformação que envolve: receber o biogás a partir da unidade SCWG da figura 9B, que é movido para uma unidade de recuperação de calou, e então para um HRSG; as entradas de um gerador de vapor da recuperação de calor (HRSG) incluem água de composição (bombeada para o HRSG através de uma bomba de água de alimentação HRSG); uma saída de HRSG inclui um fluxo de excesso para dissipador de energia 'E'; a unidade de recuperação de calor e HRSG ambos alimentam também uma unidade de reformação de metano seco/metano a vapor (SMR/DMR), uma saída da qual é realimentada para a unidade de recuperação de calor; a partir do HRSG, a alimentação é movida para um resfriador e então para um fulgor HP; outra entrada de fulgor HP inclui água de reciclagem a partir da água de composição; e a partir do fulgor HP, a alimentação é movida para uma unidade de limpeza de CO2 que transmite gás de síntese que pode ser dirigido a uma unidade Fischer-Tropsch, e CO2 (incluindo CO2 de reciclagem que é realimentado para a unidade de recuperação de calour, e CO2 em excesso).
[000136] A etapa 3 da figura 1 é dirigida à conversão de gás de síntese em uma mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos através de uma síntese Fischer- Tropsch (vide a figura 3.1 na figura 1). A síntese de metanol é um processo alternativo que pode ser empregado para essa etapa, porém a conversão de metanol em hidrocarbonetos é conhecida como produzindo 1,2,4,5- tetrametil benzeno, um produto da faixa de querosene altamente indesejável ao produzir combustível de jato.
[000137] Em sua forma mais simples, as reações principais durante a etapa 3 para síntese Fischer-Tropsch podem ser representadas pelas seguintes Equações 1-6, onde a Equação 6 é relevante apenas em síntese Fischer-Tropsch catalisada por ferro:
[000138] O valor de n nas Equações 1 a 6 depende da probabilidade de crescimento de cadeia. A probabilidade de crescimento de cadeia, ou valor-alfa, depende da natureza e operação do catalisador Fischer-Tropsch. A distribuição de produto é razoavelmente bem representada por uma distribuição Anderson-Schulz-Flory. Com a síntese Fischer- Tropsch do processo aqui descrito, os produtos a partir da síntese Fischer-Tropsch terão tipicamente números de carbono na faixa de n = 1 a 100, embora alguns produtos com n > 100 possam se formar.
[000139] Em um exemplo da etapa 3, síntese de Fischer-Tropsch catalisada por ferro é empregada para conversão de gás de síntese em mistura de produto compreendendo hidrocarbonetos líquidos. A síntese de Fischer-Tropsch catalisada por ferro não requer que a composição de gás de síntese seja ajustada para atender a razão de uso de hidrogênio para monóxido de carbono de aproximadamente 2 para 1, porque os catalisadores Fischer- Tropsch baseados em ferro são capazes de executar a reação de deslocamento de gás-água. Em um exemplo, a síntese Fischer-Tropsch catalisada por ferro é executada em uma temperatura de 240 °C e mais alta, ou em uma temperatura em uma faixa de 240 a 280 °C. A operação da síntese Fischer- Tropsch em uma temperatura mais alta permite que o calor da reação exotérmica seja removido por produção de vapor de pressão alta, tipicamente para gerar vapor em uma pressão de 4 MPa ou mais alta.
[000140] Em outro exemplo da etapa 3, a síntese Fischer-Tropsch baseada em ferro é executada com um gás de síntese que tem uma razão de hidrogênio para monóxido de carbono menor que 2 para 1. Em outro exemplo, a síntese Fischer-Tropsch baseada em ferro é executada com um gás de síntese que tem uma razão estequiométrica, (H2 - CO2) / (CO + CO2), menor que 2 para 1. Em outro exemplo, a síntese Fischer-Tropsch baseada em ferro é executada com um gás de síntese que tem uma razão Ribblet, (H2)/(2 CO + 3 CO2) , menor que 1 para 1. Em outro exemplo, o design da síntese Fischer-Tropsch é tal que a mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos a partir da síntese Fischer- Tropsch tem uma razão de alceno para alcano que é maior que 1 para 1. A razão de alceno para alcano sendo maior que 1 para 1 é em geral desejado para o processo como descrito na presente invenção dado que, à medida que a razão alceno:alcano diminui, a oligomerização pode ser afetada (por exemplo, o rendimento de oligomerização pode ser diminuído), o que pode reduzir a capacidade de produzir jato totalmente sintético.
[000141] Em outro exemplo, o design da síntese Fischer-Tropsch é tal que a conversão de monóxido de carbono de uma vez de gás de síntese durante a síntese Fischer-Tropsch é alta, tipicamente mais alta que 80% e mais preferencialmente mais alta que 90%. Em outro exemplo, o design da síntese Fischer-Tropsch é tal que vapor é alimentado para a síntese Fischer-Tropsch como necessário para a reação prosseguir sem formação excessiva de carbono.
[000142] Segue uma descrição mais detalhada de um exemplo da etapa 3 da figura 1 (vide a figura 2). Na etapa 3, o gás de síntese que é representado pelo fluxo 299 na figura 2, é convertido por síntese Fischer-Tropsch representado pelo bloco 300, em uma mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos representados pelos fluxos 301 e 302. A etapa 3 é conduzida em condições de temperatura e pressão onde é provável que o reator Fischer-Tropsch terá uma fase gasosa e uma fase líquida presente com o catalisador na fase sólida. Os produtos de reação a partir da síntese Fischer-Tropsch (isto é, uma mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos) poderiam sair do reator como duas fases separadas, com o próprio reator servindo tanto como reator e separador de fase. Na figura 2, o fluxo 301 é o produto de fase gasosa e o fluxo 302 é o produto de fase líquida saindo do reator Fischer-Tropsch, bloco 300. A natureza exata e posição do produto de fase gasosa e produto de fase líquido saindo do reator depende da tecnologia de reator específica que é selecionada, como um reator de leito fixo multitubular, ou um reator de coluna de bolha de fase de pasta. Qualquer dispositivo necessário para reter o catalisador no bloco 300 é considerado parte da tecnologia naquele bloco. Dependendo da operação da síntese Fischer-Tropsch, a quantidade relativa de produtos nos fluxos 301 e 302 pode variar. Em um exemplo, nenhum material sai do bloco 300 como fluxo 302. Devido à natureza exotérmica da reação no bloco 300 na figura 2, água é fornecida como fluxo 303 e vaporizada para produzir vapor como fluxo 304. A água fornecida no fluxo 303 não se mistura com o processo e os dois fluxos 303 e 304 podem ser considerados fluxos de utilidade separados do processo, porém que são integrais para remoção de calor a partir do bloco 300.
[000143] A etapa 4 da figura 1 é dirigida para a separação do produto da síntese Fischer-Tropsch (isto é, a mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos) por separar a mistura em pelo menos quatro frações de produtos (vide a unidade 4.1 na figura 1) : (4a) produto aquoso, (4b) um produto de gás e nafta, (4c) um produto de querosene e (4d) um produto mais pesado e óleo de gás. O produto aquoso compreende moléculas solúveis em água e água que são condensadas durante a separação do produto. O produto de gás e nafta compreende todo material não presente no produto aquoso que tem uma temperatura de ponto de ebulição normal que é mais baixa que aquela de querosene. O produto de querosene compreende hidrocarbonetos com uma faixa de ebulição que é compatível com exigências de destilação para combustível de jato; dito em termos amplos, o produto de querosene tem uma faixa de temperatura de ponto de ebulição normal de 140 a 300 °C. O produto mais pesado e óleo de gás compreende material com uma temperatura de ponto de ebulição normal mais alta que aquela de querosene. Em alguns exemplos, os quatro produtos não são isolados como cortes precisos. Em alguns exemplos, equilíbrio de vapor- líquido resultaria naturalmente em alguma separação no reator para síntese Fischer-Tropsch. Parte ou todo o produto mais pesado e óleo de gás (vide o fluxo 4d na figura 1) pode ser disponível como um produto líquido separado a partir da síntese Fischer-Tropsch (vide a unidade 3.1 na figura 1) e não exige separação na quarta etapa. Para separar os produtos mais pesados e mais leves da síntese Fischer-Tropsch para aprimoramento convenientemente para combustível de jato, uma combinação de técnicas de separação de equilíbrio de vapor-líquido em pressão e temperaturas diferentes é utilizada, e pode ser combinada com destilação de frações separadas selecionadas. Isso evita a necessidade de uma unidade de destilação atmosférica nessa parte do processo, o que pode tornar a etapa 4 relativamente mais eficiente em energia e menos intensa em capital.
[000144] Segue uma descrição mais detalhada de um exemplo da etapa 4 da figura 1 (vide a figura 2). A temperatura do produto de fase gasosa no fluxo 301 na figura 2 é diminuída no bloco 400. É possível efetuar essa alteração em temperatura por dispositivos conhecidos na técnica. Em um exemplo, a temperatura do fluxo 301 é diminuída por troca de calor com o fluxo 299 em um trocador de calor de produto-alimentação representado pelo bloco 400. A alteração de temperatura no bloco 400 pode ser também efetuada de outros modos, como com um fluxo de utilidade, ou por resfriamento com ar. Em outro exemplo, a temperatura do fluxo 401 é tal que a água presente no fluxo 301 condensou e que a água no fluxo 401 está em seu ponto de bolha, ou abaixo de seu ponto de bolha. A relação entre a temperatura do ponto de bolha da água no fluxo 4 01 e a pressão é determinada por equilíbrio de vapor-líquido. Em outro exemplo, a temperatura de 401 é controlada e mantida constante por meio do controle de processo. Adicionalmente, essa temperatura é selecionada para otimizar o encaminhamento do produto para a etapa 5, ao invés de ser utilizado para condensar mais material, como é em geral prática industrial. Portanto, essa temperatura é controlada para estar em, ou perto do ponto de bolha de água no fluxo 401. o fluxo 401 entra em um separador de fase, representado pelo bloco 410 na figura 2. Nesse exemplo, o separador de fase é um separador de fase de três fases. A finalidade do separador de fase é permitir a separação das fases presentes no fluxo 401 para produzir um fluxo de fase de gás 411, fluxo de fase líquida orgânica 412 e um fluxo de fase líquida aquosa 413. Em um exemplo, os blocos 400 e 410 são combinados em um dispositivo que permite tanto alteração de temperatura como separação de fase no mesmo dispositivo. Em outro exemplo, os blocos 400 e 420 são combinados de tal modo que o dispositivo tenha mais de um estágio de equilíbrio para efetuar a separação em fluxos 411, 412 e 413.
[000145] A relação entre os fluxos mostrados nas figuras 1 e 2 são indicadas na figura 2. O fluxo de fase gasosa 411 compreende principalmente produtos de fração de nafta e gasoso, fluxo (4b). O fluxo de fase líquida orgânica 412, compreende principalmente o produto de querosene, fluxo (4c). O fluxo de produto aquoso 413 compreende principalmente água com compostos orgânicos dissolvidos que são principalmente compostos contendo oxigênio, fluxo (4a). O produto líquido a partir do reator Fischer-Tropsch é fluxo 302 e compreende principalmente compostos orgânicos mais pesados e óleo de gás, fluxo (4d) . O design e controle da separação aqui descrita permite o encaminhamento do produto de tal modo que não seja necessário fazer uso de uma unidade de destilação atmosférica separada antes de qualquer das unidades na etapa 5. Isso explora a energia já disponível nos produtos quentes a partir da unidade 300, sem abalar a operação de refinaria.
[000146] A etapa 5 da figura 1 é dirigida para o refino das quatro frações de produtos separadas a partir do produto de liquefação Fischer-Tropsch (isto é, a mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos). O refino emprega três processos, a saber, oligomerização (vide a unidade 5.1 na figura 1), hidrocraqueamento (vide a unidade 5.2 na figura 1) e hidrotratamento (vide a unidade 5.3 na figura 1). O produto aquoso (vide 4a na figura 1) é reciclado para ser uma alimentação em produção de gás sintético (vide a unidade 2.2 na figura 1). O produto aquoso, como o produto de liquefação hidrotérmica, é de natureza ácida. A combinação de produção de liquefação hidrotérmica e produto aquoso Fischer-Tropsch explora a necessidade comum de material de construção resistente a ácido. A co-alimentação do produto aquoso com o produto de liquefação hidrotérmica (isto é, a mistura compreendendo biocrude) permite a conversão substancial dos ácidos em gás de síntese, ao invés de se baseada em dosagem química. Elimina o tratamento do produto aquoso separadamente como uma água residual ácida com uma demanda alta de oxigênio químico, uma necessidade cara frequentemente encontrada em instalações industriais de carvão para líquido e gás para líquido baseadas em Fischer-Tropsch.
[000147] O produto de nafta e gás de curso reto (4b na figura 1) não é adicionalmente separado, como é prática comum em separação após síntese Fischer-Tropsch. O produto de nafta e gás, que também contém gás de síntese não reagido, é diretamente utilizado como um material de alimentação para um processo de oligomerização. O processo de oligomerização se refere a um processo de conversão que envolve uma reação de adição de duas ou mais moléculas insaturadas. Tal abordagem facilita a conversão de produtos olefínicos mais leves (isto é, alquenila) em produtos olefínicos mais pesados, que são mais fáceis de recuperar por condensação. Adicionalmente, a natureza mais diluída da alimentação auxilia com gerenciamento de calor no processo de oligomerização exotérmica, e a presença de hidrogênio no gás pode suprimir reações de coqueificação. Adicionalmente, moléculas orgânicas contendo oxigênio (oxigenados) são convertidas em hidrocarbonetos, embora essa conversão possa não ser completa. Em um exemplo, o processo de oligomerização emprega um catalisador não sulfurado, como um zeólito ZSM-5 ácido (tipo de estrutura de MFI) como catalisador.
[000148] Em sua forma mais simples, as principais reações durante operação do processo de oligomerização podem ser representadas pelas seguintes equações 7-9:
[000149] Além das reações nas Equações 7-9, há várias reações envolvendo compostos contendo oxigênio, como desidratação e cetonização, que podem ocorrer. As reações descritas não pretendem ser exaustivas, porém são providas para fins ilustrativos. A prevalência relativa dessas reações depende das condições de temperatura e pressão do processo de oligomerização. Através da manipulação das condições de operação no processo de oligomerização, é possível produzir um material de querosene que permite a mistura de combustível de jato totalmente sintético a partir do processo descrito na presente invenção. Por operar pelo menos parte do catalisador de oligomerização em uma pressão e pressão que favorece a aromatização (equação 8), a quantidade total de aromáticos pode ser manipulada para aumentar ou diminuir a quantidade de combustível de jato totalmente sintético em relação a combustível de jato semissintético produzido pelo processo descrito na presente invenção. Em um exemplo, um catalisador não sulfurado, como um catalisador ZSM-5 não promovido é utilizado.
[000150] Em um exemplo do processo de oligomerização como descrito na presente invenção, temperaturas operacionais em uma faixa de cerca de 200 °C a cerca de 320 °C produziriam em geral um produto útil como um material de mistura para produção de combustível de jato semissintético, porque seria um querosene isoparafínico após hidrotratamento (por exemplo, vide os exemplos 1 e 4). Temperaturas operacionais de cerca de > 320 °C (nominalmente cerca de 320 °C a cerca de 400 °C) seriam tipicamente utilizadas para produzir um produto com mais aromáticos, que seria adequado para misturar combustível de jato totalmente sintético após hidrotratamento para saturar as olefinas (por exemplo, vide os exemplos 2 e 5). Em alguns exemplos, nos dois casos, a pressão pode ser variada em uma ampla faixa, por exemplo, cerca de 0,1 MPa a cerca de 20 MPa.
[000151] Em geral, o processo como descrito na presente invenção pode ser operado em uma pressão comensurável com, ou levemente mais baixa que a síntese Fischer-Tropsch como descrito na presente invenção, por exemplo, em torno de 2 Mpa, apesar da operação em pressão mais alta em geral sendo mais fácil devido à pressão parcial mais elevada de olefinas. A operação em uma pressão comensurável com, ou mais baixa que a síntese Fischer- Tropsch como descrito na presente invenção, sem exigir separação prévia para remover gás de síntese não convertido, evita a separação e recompressão no processo como descrito na presente invenção.
[000152] Em outro exemplo, o processo de oligomerização utiliza o fluxo de produto gasoso 411 (figura 2), que inclui o gás de síntese não convertido a partir do processo Fischer-Tropsch. Gás de síntese não convertido inclui, porém não é limitado a H2, CO, CO2, e H2O. É prática comum separar as olefinas leves a partir do gás de síntese não convertido, que compreende H2, CO, e CO2, eliminando uma etapa de separação que está normalmente presente. Também, por empregar oligomerização, alcenos, incluindo etileno, são convertidos em produtos mais pesados que são mais facilmente recuperados após oligomerização do que antes da oligomerização.
[000153] O produto a partir do processo de oligomerização (por exemplo, uma mistura compreendendo um primeiro produto de querosene adicional) compreende material não convertido e produtos novos. O material não convertido compreende hidrogênio, monóxido de carbono e hidrocarbonetos parafínicos. Os produtos novos têm uma distribuição de faixa de ebulição que cobre gás, nafta e destilados, material que varia de compostos normalmente gasosos a compostos com uma temperatura de ponto de ebulição normal até 360 °C. Os produtos novos incluem um primeiro produto de querosene adicional. O primeiro produto de querosene adicional compreende compostos olefínicos e aromáticos. A razão de compostos olefínicos para aromáticos depende das condições operacionais do processo de oligomerização. Essa flexibilidade em ajustar a razão de compostos olefínicos para aromáticos facilita a produção de combustível de jato semissintético e produção de combustível de jato totalmente sintético. O produto de querosene adicional (vide 5a na figura 1) é enviado para o meio de hidrotratamento (unidade 5.3 na figura 1). O produto líquido fora da faixa de querosene (vide 5b na figura 1) pode ser manipulado em uma ou mais combinações das seguintes: (i) recuperado como produtos finais (como mostrado na figura 1), (ii) enviado para o meio de hidrotratamento (não mostrado na figura 1), (iii) reciclado para o processo de oligomerização (não mostrado na figura 1), e/ou reciclado para produção de gás de síntese (vide a unidade 2.2 na figura 1).
[000154] Em um exemplo, os compostos olefínicos e aromáticos fora da faixa de ebulição de querosene são recuperados como produtos. Em outro exemplo, alguns ou todos os compostos olefínicos e aromáticos fora da faixa de ebulição de querosene são reciclados para o processo de oligomerização. Em outro exemplo, alguns ou todos os produtos olefínicos e aromáticos fora da faixa de ebulição de querosene são enviados para o meio de hidrotratamento.
[000155] O material não convertido a partir do processo de oligomerização pode pelo menos ser empregado como fonte de hidrogênio para o meio de hidrocraqueamento e meio de hidrotratamento. A natureza do tratamento de gás a jusante da oligomerização envolve processos conhecidos pelos técnicos no assunto de tratamento de gás, como absorção de carbonato quente para remover dióxido de carbono, e adsorção de oscilação de pressão para recuperar hidrogênio.
[000156] O produto de querosene (vide 4c na figura 1) é enviado para o meio de hidrotratamento. Opcionalmente, parte ou todo esse produto também pode ser enviado para uma unidade de meio de hidrocraqueamento (o encaminhamento não é mostrado na figura 1). O fator que determina se qualquer desse produto é enviado para o meio de hidrocraqueamento é a especificação de ponto de congelamento do combustível de jato alvo. Por exemplo, querosene Fischer-Tropsch de curso reto tem tipicamente um teor alto de hidrocarboneto linear. Se houver concentração demasiadamente alta de hidrocarbonetos lineares em querosene, entretanto, a temperatura do início de congelamento será demasiadamente alta para atender a especificações de combustível de turbina de aviação.
[000157] Encontra-se a seguir uma descrição mais detalhada de um exemplo da unidade de oligomerização na etapa 5 da figura 1. A unidade de oligomerização na etapa 5 é mostrada em mais detalhe na figura 3. A conversão do fluxo 511 (isto é, o produto de gás e nafta) que compreende hidrocarbonetos, compostos orgânicos contendo oxigênio e gás de síntese não convertido, ocorre na unidade de oligomerização 510. O produto de 510 é o fluxo 511 (isto é, a mistura compreendendo um primeiro produto de querosene adicional), que compreende uma mistura de hidrocarbonetos que são em média mais pesados do que aqueles no fluxo 411, substancialmente menos compostos orgânicos contendo oxigênio e gás de síntese não convertido. A composição dos hidrocarbonetos em 511 depende das condições operacionais em 510, como descrito anteriormente.
[000158] O fluxo 511 é separado em 520. Em um exemplo, o fluxo 511 é separado para produzir um produto gasoso 521, um produto líquido orgânico 522 e um produto líquido rico em água 523. Esse tipo de separação pode ser obtido por diminuir a temperatura para condensar parte de 511, que pode ser então separado em um separador de três fases vapor-líquido-líquido. Outro modo para obter esse tipo de separação é empregar um dispositivo com mais de um estágio de equilíbrio. Outro modo para obter esse tipo de separação é utilizar um dispositivo que emprega absorção de líquido. O fluxo 521 pode ser aplicado em vários modos. Um uso potencial do fluxo 521 é como gás combustível. Outro uso potencial do fluxo 521 é reciclar parte ou todo de 521 para a síntese Fischer-Tropsch ou a produção de gás de síntese. Em um exemplo, o fluxo 521 é tratado como mostrado na figura 4. O fluxo 521 é tratado na unidade 610 para remover parte ou quase todo o dióxido de carbono para produzir um fluxo rico em CO2 611 e um fluxo com CO2 esgotado 612. Esse tipo de separação pode ser executado por tecnologia de processo conhecida na técnica, como absorção de carbonato quente, ou absorção de amina. O fluxo rico em CO2 611 é um efluente, porém por conta de sua concentração alta de CO2, o fluxo 611 pode ser adequado como alimentação para descarga direta ou sequestro de CO2. O fluxo com CO2 esgotado 612 pode ser dividido com parte ou todo o fluxo 612 indo para o fluxo 613. O restante do fluxo 612 que não vai para o fluxo 613 pode ir para o fluxo 614. Devido ao teor diminuído de CO2 no fluxo 613, pode ser empregado para as mesmas finalidades que 521, porém com eficiência aperfeiçoada em relação ao uso direto de 521.
[000159] O fluxo 614 é adicionalmente separado na unidade 620. A unidade 620 é empregado para recuperar parte do hidrogênio presente em 614 como fluxo 621, o restante do material estando no fluxo 622. Uma das tecnologias comumente empregadas para a separação em 620 é adsorção de oscilação de pressão, que produziria H2 no fluxo 621 como um fluxo de hidrogênio de pureza alta. O hidrogênio no fluxo 621 seria empregado para uso em unidades 5.2 e 5.3 mostradas na figura 1. O fluxo 522 é enviado para o meio de hidrotratamento, unidade 5.3 na figura 1.
[000160] Opcionalmente, o produto líquido orgânico 522 pode ser adicionalmente separado. Essa opção é mostrada na figura 5, que mostra a separação de 522 na unidade 530 em uma fração mais eleve representada pelo fluxo 531, e uma fração mais pesada representada pelo fluxo 532. A fração mais leve em 531 é tipicamente material com um ponto de ebulição normal menor que 140 °C, e a fração mais pesada em 532 é tipicamente material com um ponto de ebulição normal de 140 °C e mais alto. O fluxo 532 é enviado para o meio de hidrotratamento, unidade 5.3 na figura 1. A fração mais leve, fluxo 531, pode ser dividida com parte ou todo o fluxo 531 indo para o fluxo 533. O restante do fluxo 531 que não vai para o fluxo 533 pode ir para o fluxo 534. O fluxo 534 é reciclado para a unidade de oligomerização 510 para converter parte da fração mais leve em produtos que após conversão formarão parte da fração mais pesada que é representada por 532. Desse modo, a reciclagem do fluxo 534 permite a conversão de parte da fração leve em uma fração pesada, desse modo aumentando a razão de 532 em comparação com 531, que aumenta a quantidade de material que será adequada para produção de combustível de jato. O fluxo 533 é tipicamente nafta com propriedades aceitáveis para misturar em gasolina-motor e pode ser vendida como tal. O fluxo 523 é combinado com o fluxo 413 e utilizado com fluxo 4a na figura 1. Opcionalmente, o fluxo 523 é considerado um fluxo de água residual e tratado como um fluxo de água residual.
[000161] O produto mais pesado e óleo de gás (vide 4d na figura 1) é enviado para o meio de hidrocraqueamento, que converte o produto mais pesado e óleo de gás em produtos de ebulição mais eleve (isto é, uma mistura compreendendo um segundo produto de querosene adicional) . As moléculas no produto são também mais ramificadas do que as moléculas no produto mais pesado e óleo de gás. O segundo produto de querosene adicional a partir do meio de hidrocraqueamento pode ser utilizado diretamente para misturar com combustível de turbina de aviação. O restante do produto também pode ser utilizado como produtos finais. Opcionalmente, os produtos mais leves podem ser utilizados como uma co-alimentação para a unidade de oligomerização. Em um exemplo, parte ou todo o material no produto com um ponto de ebulição mais alto do que querosene é reciclada. Em outro exemplo, um catalisador não sulfurado, como um metal nobre reduzido suportado em catalisador de alumina- sílica amorfa é utilizado para executar hidrocraqueamento em um reator de leito fixo. Um exemplo de um metal nobre reduzido suportado em catalisador de alumina-sílica amorfa é Pt/SiO2-Al2O3. Tais catalisadores teriam uma razão de atividade alta de metal para ácido para promover hidroisomerização.
[000162] Em outro exemplo do processo como descrito na presente invenção, o meio de hidrocraqueamento é operado em uma pressão mais baixa do que a síntese Fischer-Tropsch para permitir uso direto de hidrogênio recuperado a partir do produto não convertido após o processo de oligomerização (por exemplo, vide o Exemplo 3) . Geralmente, hidrocraqueamento é executado em cerca de 350 °C a cerca de 400 °C, e em pressões de > 3 MPa (por exemplo, hidrocraqueamento brando típico em pressões de cerca de 5-8 MPa e hidrocraqueamento de severidade típica em pressões de cerca de 10-20 MPa) . Entretanto, como demonstrado no Exemplo 3 (vide abaixo) , hidrocraqueamento como descrito na presente invenção foi executado utilizando uma pressão de < 3 MPa (por exemplo, cerca de 2 Mpa) , em uma temperatura de cerca de 320 °C. Em alguns exemplos, hidrocraqueamento como descrito na presente invenção pode ser executado em uma temperatura de cerca de 320 °C a cerca de 400 °C, ou cerca de 320 °C a cerca de 380 °C, ou cerca de 320 °C a cerca de 350 °C. Em outros exemplos, hidrocraqueamento como descrito na presente invenção pode ser executado em uma pressão de cerca de 1 MPa a cerca de 20 MPa, ou cerca de 1 MPa a cerca de 15 MPa, ou cerca de 1 MPa a cerca de 10 MPa, cerca de 1 MPa a cerca de 5 MPa, ou cerca de 1 MPa a cerca de 3 MPa, ou cerca de 1 MPa a cerca de 2 MPa.
[000163] A seguir, encontra-se uma descrição mais detalhada de um exemplo da unidade de hidrocraqueamento na etapa 5 da figura 1. A unidade de hidrocraqueamento na etapa 5 é mostrada em mais detalhe na figura 6. A alimentação primária (por exemplo, o produto mais pesado e óleo de gás) para a unidade de meio de hidrocraqueamento 540 é o fluxo 302. Opcionalmente, o fluxo de líquido orgânico 412 pode ser dividido com parte ou todo o fluxo 412 indo para o fluxo 414. O restante do fluxo 412 que não vai para o fluxo 414 pode ir para o fluxo 415. O fluxo 415 também é uma alimentação para a unidade de meio de hidrocraqueamento 540. A alimentação do fluxo 415 para o meio de hidrocraqueamento é tipicamente necessária apenas se o início do ponto de congelamento no combustível de jato sintético for mais alto que o limite de especificação de - 47 °C. Na unidade de meio de hidrocraqueamento 540, os materiais de alimentação são hidrocraqueados e hidroisomerizados. Em um exemplo, o fluxo 415 não é exposto a todo o catalisador no meio de hidrocraqueamento, porém introduzido em parte como uma alimentação inter-leito. Por fazer isso o fluxo 415, que é uma alimentação de ebulição mais leve do que o fluxo 302, é menos provável de ser hidrocraqueado e mais provável de ser hidroisomerizado. Por fazer isso, o rendimento de combustível de jato sintético é melhorado em relação à operação convencional com um ponto de alimentação líquida única para o meio de hidrocraqueamento. O produto a partir do hidrocraqueamento e hidroisomerização em 540 é o fluxo 541.
[000164] O sistema de hidrogênio reciclado e alimentação de hidrogênio da unidade de meio de hidrocraqueamento 540 não é explicitamente mostrado. O ciclo de hidrogênio de tecnologia de hidrocraqueamento é conhecido na técnica (por exemplo, Scherzer, J.; Gruia, A. J. Hydrocracking science and technology; CRC Press: Boca Raton, FL, 1996). A alimentação de hidrogênio para o meio de hidrocraqueamento pode ser obtida a partir do fluxo 621 na figura 4, ou em outros modos descritos na técnica, como separação a partir do gás de síntese produzido na etapa 2 dessa invenção.
[000165] O fluxo de produto 541 é separado em frações diferentes na unidade separadora 550. Opcionalmente, o produto a partir do meio de hidrotratamento, unidade 5.3 na figura 1 pode ser separado com o fluxo 541 para reduzir o número de etapas de separação. Na unidade separadora 550, que é tipicamente executada por destilação, o material é separado em um fluxo de hidrocarboneto leve 551, um fluxo de hidrocarboneto de faixa de querosene 552 que é adequado para mistura de combustível de jato sintético, um fluxo de óleo de gás 553 e um fluxo de resíduo atmosférico 554. É possível selecionar a separação de tal modo que o fluxo 553 seja zero. A separação na unidade 550 é executada principalmente para assegurar que o fluxo 552 é adequado para combustível de jato sintético. Opcionalmente, o produto mais pesado, o fluxo 554 pode ser dividido com parte ou todo o fluxo 554 indo para o fluxo 555. O restante do fluxo 554 que não vai para o fluxo 555 pode ir para o fluxo 556. O fluxo 556 é reciclado para a unidade de meio de hidrocraqueamento 540. Em um exemplo, o fluxo 556 não é exposto a todo o catalisador no meio de hidrocraqueamento, porém introduzido em parte como uma alimentação inter- leito.
[000166] O fluxo 551 pode ser adicionalmente separado em frações de produto e vendido como propano, butanos e nafta. Esse material pode ser utilizado também para recuperação de subsuperfície de betume a partir dos depósitos de areias petrolíferas. A nafta pode ser utilizada como material de mistura para gasolina-motor, ou como alimentação de refinaria ou alimentação petroquímica. A nafta pode ser empregada como diluente para betume derivado de areias petrolíferas, ou em processos como tratamento de espuma parafínica para recuperação de betume. O fluxo 552 é utilizado para combustível de jato semissintético. O fluxo 553 pode ser vendido como um componente de mistura de combustível diesel e terá tipicamente um número cetano igual ou melhor que 51, não contém enxofre, e tem propriedades aceitáveis de fluxo frio. O fluxo 554 pode ser vendido como componente de mistura de óleo de base, óleo de combustível de enxofre zero ou óleo sintético.
[000167] Os materiais de alimentação (por exemplo, os produtos de querosene) que são enviados para o meio de hidrotratamento são hidrogenados para converter substancialmente moléculas contendo oxigênio e olefínicas em moléculas parafínicas. O produto após hidrotratamento é fracionado para obter produtos finais. A fração de querosene é fracionada para ser adequada como combustível de turbina de aviação.
[000168] Em um exemplo, um metal de base reduzido não sulfurado suportado em alumina, ou catalisador de sílica é utilizado para executar hidrotratamento em um reator de leito fixo. Um exemplo de um metal de base reduzido suportado em catalisador de alumina é um catalisador Ni/Al2Oa reduzido. Fazer uso de um catalisador de metal reduzido (por exemplo, hidrotratamento) ao invés de um catalisador de metal de base sulfurado (por exemplo, hidrotratamento) permite que a adição de enxofre à alimentação seja evitada, e permite que reações como o hidrotratamento sejam executadas em condições mais brandas do que com um catalisador de metal de base sulfurado (por exemplo, hidrotratamento). Em alguns exemplos, o meio de hidrotratamento é operado em uma temperatura de cerca de 80 °C a cerca de 200 °C, ou cerca de 80 °C a cerca de 180 °C, ou cerca de 80 °C a cerca de 150 °C. Em outros exemplos, o meio de hidrotratamento é operado em uma temperatura de cerca de 180 °C a cerca de 420 °C, ou cerca de 180 °C a cerca de 380 °C, ou cerca de 260 °C a cerca de 380 °C. Em um exemplo, o meio de hidrotratamento é operado em uma pressão mais baixa do que a síntese Fischer-Tropsch para permitir uso direto de hidrogênio recuperado a partir do produto não convertido após o processo de oligomerização. Em outros exemplos, o meio de hidrotratamento é operador em uma pressão de cerca de 0,5 MPa a cerca de 20 MPa, ou cerca de 1 MPa a cerca de 15 MPa, ou cerca de 1 MPa a cerca de 10 MPa, cerca de 1 MPa a cerca de 5 MPa, ou cerca de 1 MPa a cerca de 3 MPa, ou cerca de 1 MPa a cerca de 2 MPa. Em outro exemplo de hidrotratamento como descrito na presente invenção, foi descoberto que utilizando uma alimentação de modelo (10% 1-hexeno, 5% tolueno, 85% n-octano), a conversão quase completa de olefinas foi possível em cerca de 80 °C e cerca de 1 MPa com Ni/Al2Oa reduzido.
[000169] Um produto principal a partir do processo aqui descrito é um material de faixa de querosene que atende as exigências de especificação para combustível de turbina de aviação sintético, como um componente de mistura de combustível de jato semissintético ou um combustível de jato totalmente sintético.
[000170] Segue uma descrição mais detalhada de um exemplo da unidade de hidrotratamento na etapa 5. A unidade de hidrotratamento na etapa 5 é mostrada em mais detalhe na figura 7. O meio de hidrotratamento recebe dois materiais de alimentação orgânica, um a partir da unidade de oligomerização (isto é, o primeiro produto de querosene adicional e um a partir da separação após a síntese Fischer-Tropsch (isto é, o produto de querosene). O material a partir da unidade de oligomerização é o fluxo 522, ou fluxo 532, dependendo de se o fluxo 522 foi adicionalmente separado ou não. O material a partir da separação após a síntese Fischer-Tropsch é o fluxo 412, ou fluxo 414, dependendo de se todo ou qualquer desse material foi enviado para a unidade de hidrocraqueamento no fluxo 415. Portanto, é possível para o meio de hidrotratamento receber apenas alimentação a partir da unidade de oligomerização. O sistema de hidrogênio reciclado e alimentação de hidrogênio da unidade de meio de hidrotratamento 560 não é explicitamente mostrado. A alimentação de hidrogênio para o meio de hidrotratamento pode ser obtida a partir do fluxo 621 na figura 4, ou em outros modos conhecidos na técnica, como separação a partir do gás de síntese produzido na etapa 2 dessa invenção.
[000171] O produto a partir do hidrotratamento é o fluxo 561. O produto no fluxo 561 é substancialmente livre de alcenos e compostos orgânicos contendo oxigênio. O produto no fluxo 561 consiste principalmente em alcanos, cicloalcanos e aromáticos, a abundância relativa de cada classe de composto depende tanto da operação da unidade de meio de hidrotratamento 560, como da composição dos materiais de alimentação para o meio de hidrotratamento. Quando o material de alimentação para a unidade de meio de hidrotratamento 560 compreende apenas o fluxo 532, é provável que todo fluxo 561 seja adequado para uso como combustível de jato totalmente sintético ou combustível de jato semissintético. O fluxo 561 é adequado como combustível de jato totalmente sintético quando o teor aromático do fluxo 561 está entre 8 e 25% vol., e a faixa de destilação de fluxo 532 é apropriadamente selecionada de acordo com especificações do combustível de jato. O processo aqui descrito provê um processo de refino para produzir um combustível de jato totalmente sintético a partir de um produto Fischer-Tropsch (isto é, a mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos) que emprega apenas duas etapas de conversão, a unidade de oligomerização 510 e a unidade de meio de hidrotratamento 560.
[000172] O fluxo 561 é adequado como um combustível de jato semissintético quando o teor aromático é mais baixo, e a faixa de destilação do fluxo 532 é apropriadamente selecionada de acordo com especificações do combustível de jato. O processo aqui descrito provê um processo de refino para produzir um combustível de jato semissintético a partir de um produto Fischer-Tropsch (isto é, a mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos) que emprega apenas duas etapas de conversão, a unidade de oligomerização 510 e a unidade de meio de hidrotratamento 560.
[000173] Opcionalmente, e independente da composição dos materiais de alimentação indo para a unidade de meio de hidrotratamento 560, o fluxo 561 pode ser separado na unidade 550 como mostrado na figura 6. Opcionalmente, e independente da composição dos materiais de alimentação indo para a unidade de meio de hidrotratamento 560, o fluxo 561 pode ser adicionalmente separado na unidade 570 como mostrado na figura 8. A separação do fluxo 561 na unidade 57 0 é conveniente para produzir produtos com base em sua faixa de destilação que são úteis para aplicações diferentes. A separação do fluxo 561 na unidade 570 produz um fluxo de nafta 571, um fluxo de querosene 572, e um fluxo de óleo de gás 573. O fluxo 571 é um produto de faixa de nafta. A nafta pode ser utilizada como material de mistura para gasolina-motor, ou como alimentação de refinaria ou alimentação petroquímica. A nafta pode ser empregada como diluente para betume derivado de areias petrolíferas, ou em processos como tratamento de espuma parafínica para recuperação de betume. O fluxo 572 é utilizado para combustível de jato semissintético ou utilizado para combustível de jato totalmente sintético. O fluxo 573 pode ser vendido como um componente de mistura de combustível diesel e terá tipicamente um número cetano igual ou melhor que 51, não contém enxofre e tem propriedades de fluxo frio aceitáveis.
[000174] Em alguns exemplos, é possível operar o processo de oligomerização de tal modo que pouco ou nenhum aromático é produzido. Esse tipo de operação é útil para aumentar produção de combustível de jato semissintético (e estendendo o tempo de vida de ciclo de catalisador) . Em um exemplo específico, o teor aromático é 8% ou mais, por exemplo até cerca de 60%, o fluxo pode ser útil para produção de combustível de jato totalmente sintético, por si próprio, ou como uma mistura com um dos outros fluxos de cetona que não contém aromáticos. De preferência, o combustível de jato totalmente sintético terá entre 8 e 25% de aromáticos. Em alguns exemplos, o teor aromático é menor que 8%. Em outros exemplos, o teor aromático é cerca de 0 a 1%. Nesse exemplo, o fluxo pode ser útil como componente de mistura para combustível de jato semissintético, com algumas das classes de combustível de jato sintético pré- aprovado (querosenes isoparafínicas) tendo < 1% aromáticos.
[000175] Em exemplos do processo como descrito na presente invenção, o processo geral gera uma quantidade suficiente de H2 para conduzir cada etapa do processo que requer H2 como um reagente/entrada (por exemplo, como mostrado em qualquer uma das figuras 1 a 8) sem ter de utilizar H2 a partir de fontes externas ao processo (por exemplo, um reformador de metano/reformação de metano etc.) Em exemplos, o processo como descrito na presente invenção não requer uma entrada de H2 a partir de fontes externas.
[000176] Em outros exemplos do processo como descrito na presente invenção, o output final do processo - combustível de jato tendo um alto ponto de ebulição (por exemplo, entre 140 °C e 260 °C) e um baixo ponto de congelamento (por exemplo, < 60 °C) - é produzido em alto rendimento. Em alguns exemplos, o processo como descrito na presente invenção produz mais combustível de jato tendo um alto ponto de ebulição (por exemplo, entre 140 °C e 260 °C) e um baixo ponto de ebulição (por exemplo, < -60 °C) do que outras tecnologias padrão ou habituais.
[000177] Em outros exemplos do processo como descrito na presente invenção, o uso de um compressor(es) de gás entre a unidade Fischer-Tropsch (por exemplo, unidade 3.1 na figura 1) e as unidades de refino (oligomerização (por exemplo, unidade 5.1 na figura 1), hidrocraqueamento (por exemplo, unidade 5.2 na figura 1) e hidrotratamento (por exemplo, unidade 5.3 na figura 1)) não é necessário aumentar a pressão na qual as unidades de refino operam. Em alguns exemplos, o processo como descrito na presente invenção utiliza a pressão a partir da unidade Fischer- Tropsch (por exemplo, unidade 3.1 na figura 1) para conduzir os processos das unidades de refino (oligomerização (por exemplo, unidade 5.1 na figura 1), hidrocraqueamento (por exemplo, unidade 5.2 na figura 1) e hidrotratamento (por exemplo, unidade 5.3 na figura 1)). Em alguns exemplos, as etapas de refino final como descrito na presente invenção (oligomerização (por exemplo, unidade 5.1 na figura 1), hidrocraqueamento (por exemplo, unidade 5.2 na figura 1) e hidrotratamento (por exemplo, unidade 5.3 na figura 1)) são conduzidos em uma pressão comensurável àquela da síntese Fischer-Tropsch como descrito na presente invenção: por exemplo, em uma pressão de aproximadamente 2 MPa; ou aproximadamente 2,5 MPa; ou em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a 3 MPa ; ou em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a cerca de 2,5 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 2,5 Mpa. Isso está em contraste com, por exemplo, condições de hidrotratamento padrão, que exigem pressões mínimas de cerca de 8 a 10 MPa.
[000178] Segue uma descrição mais detalhada de outros exemplos das etapas de refino final do processo como descrito na presente invenção; particularmente oligomerização (por exemplo, unidade 5.1 na figura 1), hidrocraqueamento (por exemplo, unidade 5.2 na figura 1) e hidrotratamento (por exemplo, unidade 5.3 na figura 1).
[000179] Exemplo 1 - Combustível de jato semissintético, 50% de mistura. Um reator de fluxo contínuo de leito fixo foi empregado para produzir um produto de faixa de querosene olefínico de acordo com, por exemplo, unidade de oligomerização 5.1 na figura 1. Utilizando um catalisador H-ZSM-5 não sulfurado, comercialmente obtido, uma mistura de parafinas leves, olefinas e oxigenados na faixa de número de carbono CI-CS foi convertida sobre o catalisador a 240-280 °C e 2 MPa para produzir um produto que incluiu material de faixa de querosene. A faixa de número de carbono da alimentação era mais ampla do que descrito pelo estado da técnica. A pressão era mais baixa do que tipicamente utilizada para oligomerização, e era típico da pressão de saída após síntese Fischer-Tropsch (por exemplo, etapas 3 e 4 na figura 1). O material de alimentação representa, por exemplo, o fluxo 4b na figura 1 e o fluxo 411 indo para a unidade 510 na figura 3. A concentração de olefina na alimentação foi 24% em peso.
[000180] Nesse exemplo, o reator foi operado em uma base de uma vez. A conversão de olefinas leves, utilizando propileno como exemplo, foi > 95%. A seletividade de massa a > 140 °C de material, que poderia ser potencialmente adequada para inclusão em uma mistura de combustível de jato, foi 29%. Como foi anteriormente descrito (Garwood, W. E. ACS Symp. Ser. 1983, 218, 383-396), a distribuição de número de carbono sobre H-ZSM-5 é determinada pela combinação de temperatura e pressão. Uma abordagem de engenharia que pode ser empregada para aumentar o rendimento geral da fração > 140 °C, é ter uma reciclagem interna de nafta (Cs-140 °C) para um reator de oligomerização. Isso não foi feito no presente exemplo, como já era conhecido.
[000181] O produto olefínico a partir da oligomerização foi hidrotratado sobre um catalisador Ni/Al2O3 não sulfurado, reduzido em um teor de olefina de < 1%. Por exemplo, o meio de hidrotratamento é unidade 5.3 na figura 1. O produto hidrotratado foi destilado em frações de ebulição diferentes, e cada fração de ebulição foi caracterizada em termos de densidade e início de ponto de congelamento (vide a Tabela 1). O número de frações preparadas foi para ilustrar a adequação de cortes diferentes para inclusão potencial em uma mistura de combustível de jato e não pretende representar uma estratégia de separação sugerida. Tabela 1. Caracterização dos cortes de destilação diferentes do produto hidrotratado a partir da conversão de oligomerização realizada a 240-280°C e 2 MPa.
[000182] Vale a pena observar que todos os cortes de destilação na faixa de ebulição de 140-260 °C atenderam o início máximo de especificação de ponto de congelamento do Jato A-1, que é -47 °C. É tipicamente difícil obter (por exemplo, utilizando tecnologias padrão ou habituais) um produto tendo um alto ponto de ebulição (por exemplo, entre 140 °C e 260 °C) e um ponto de congelamento baixo (por exemplo, < -60 °C). Isso suporta que o processo como descrito aqui é capaz de maximizar o rendimento de combustível de jato.
[000183] Exemplo 2 - Combustível de jato sintético total, 100% de mistura. O processo tem o potencial de produzir material que permitirá a formulação de combustível de jato totalmente sintético sem material derivado de petróleo. Uma das exigências para o combustível de jato totalmente sintético é que deve conter 8-25% de vol. de aromáticos. Nesse exemplo, um reator de fluxo contínuo de leito fixo foi empregado para produzir um produto de faixa de querosene aromático e olefínico de acordo, por exemplo, com a unidade de oligomerização 5.1 na figura 1. O reator, catalisador e material de alimentação eram similares àqueles no Exemplo 1. A alimentação era uma mistura de parafinas leves, olefinas e oxigenados na faixa de número de carbono Ci-Cs e continua 25% empeso de olefinas. A alimentação foi convertida sobre o catalisador a 350-380 °C e 2 MPa para produzir um produto que incluiu material de faixa de querosene.
[000184] O produto olefínico e aromático a partir do reator de oligomerização foi hidrotratado sobre um catalisador Ni/Al2Oa não sulfurado, reduzido a um teor de olefina de < 1%, porém em condições que não hidrogenariam substancialmente os aromáticos em cicloparafinas. Por exemplo, o meio de hidrotratamento é unidade 5.3 na figura 1. Pelos mesmos motivos explicados no Exemplo 1, o produto hidrotratado foi destilado em frações de ebulição diferentes, e cada fração de ebulição foi caracterizado em termos de densidade e início de ponto de congelamento (Tabela 2). Tabela 2. Caracterização dos cortes de destilação diferentes do produto hidrotratado a partir da conversão de oligomerização executada em 350-380 °C e 2 MPa.
[000185] Todos os cortes de destilação na faixa de ebulição de 140-260 °C atenderam o início máximo de especificação de ponto de congelamento do Jato A-1, que é - 47 °C. A densidade mais alta dos cortes de destilação na Tabela 2 (em comparação com a Tabela 1) foi indicativa de aromáticos e cicloparafinas no produto hidrotratado. Tipicamente, o teor de aromáticos do combustível de jato sintético é de uma fonte de combustível fóssil. Em contraste, a operação, por exemplo, unidade 5.1 na figura 1 em temperaturas mais altas permite que o processo gere classes de composto (isto é, aromáticos) frequentemente ausentes dos materiais de mistura de faixa de querosene para mistura de combustível de jato sintético. Ilustra também a flexibilidade, por exemplo, unidade 5.1 na figura 1 a ser utilizada em modos operacionais diferentes.
[000186] Exemplo 3. Esse exemplo ilustra o desempenho da unidade de hidrocraqueamento, por exemplo, unidade 5.2 na figura 1, quando operado em uma pressão similar à síntese Fischer-Tropsch, isto é, 2 MPa. Um reator de fluxo contínuo de leito fixo foi operado com um catalisador de hidrocraqueamento Pt/Siθ2-Al2θa a 320 °C, 2 MPa, razão de H2- para-alimentação de 600 m3/m3 e velocidade espacial horária de líquido de 2 h-1. Essas condições foram selecionadas para demonstrar a operação em condições mais brandas do que encontradas convencionalmente para hidrocraqueamento e ilustram o benefício do mesmo como aplicado no processo como descrito na presente invenção.
[000187] O material de alimentação para o meio de hidrocraqueamento foi cera, representativo, por exemplo, de fluxo 4d na figura 1. Quando descrito em termos de ponto de ebulição, a cera era um resíduo atmosférico com uma temperatura inicial de ponto de ebulição em torno de 360 °C e continha n-alcanos (parafinas) com números de carbono C24 e mais pesados. O reator foi operado em uma base de uma só vez. Por exemplo, o design de engenharia para converter totalmente a cera por reciclagem da fração de produto mais pesado no meio de hidrocraqueamento é mostrado na figura 6. De interesse para fabricação de combustível de jato sintético, é a razão de seletividade de querosene para nafta. Nas condições de operação empregadas na presente invenção, a razão de massa de hidrocarbonetos na faixa de ebulição de 140-260 °C para hidrocarbonetos com ponto de ebulição < 140 °C foi 1:1.
[000188] A separação do produto hidrocraqueado não refletiu nenhuma estratégia de separação para o processo, e cortes estreitos foram preparados pelo mesmo motivo como descrito no exemplo 1. A densidade e início de ponto de congelamento foram determinados para cada das frações de ebulição estreita no produto hidrocraqueado (Tabela 3). Tabela 3. Caracterização dos cortes de destilação diferentes a partir do produto hidrocraqueado que foi produzido a 320 °C e 2 MPa.
[000189] Os cortes de destilação estreita na faixa de ebulição de 140-250 °C tiveram um início de congelamento que atendeu ao início máximo da especificação de ponto de congelamento do Jato A-1 de -47 °C.
[000190] Exemplo 4. Um combustível de jato semissintético foi misturado utilizando produtos descritos nos Exemplos 1 e 3 junto com um produto de faixa de querosene a partir de uma refinaria de petróleo. O produto de faixa de querosene a partir da refinaria de petróleo foi destilado novamente para remover o material de ebulição mais leve que 150 °C. O querosene derivado de petróleo restante foi caracterizado e tinha uma densidade de 817,5 kg/m3, com um início de congelamento de -51 °C.
[000191] Um combustível de jato semissintético foi preparado. A mistura consistiu em 25% de vol. Da fração de 160-260 °C do produto de oligomerização hidrotratado mostrado na Tabela 1, 25% da fração de 160-240°C do produto hidrocraqueado mostrado na Tabela 3, e 50% de vol. Do querosene derivado de petróleo. Considerando as propriedades anteriormente listadas, uma faixa de ebulição mais ampla poderia ter sido utilizada, porém a finalidade foi demonstrar que um combustível de jato semissintético viável poderia ser produzido pelo processo como descrito na presente invenção. A mistura não foi otimizada para maximizar o rendimento do combustível de jato.
[000192] O combustível de jato semissintético preparado desse modo foi caracterizado e comparado com as exigências de especificação do Jato A-1 (Tabela 4). Um laboratório de combustível realizou a caracterização e adicionou 1 mg/L Stadis 450 ao combustível de jato semissintético antes da caracterização. Esse foi o único aditivo comumente utilizado como prescrito para uso de combustível de jato que foi adicionado. Os métodos de teste padrão e especificações listados na Tabela 4 foram os métodos e especificações como prescrito para a avaliação do combustível de turbina de aviação de Jato A-1.
[000193] Além daquelas especificações listadas na Tabela 4, densidade de fluxo frio e viscosidade do combustível de jato semissintético foram medidos. A -20 °C, a densidade era 816 kg/m3, a viscosidade era 3,75 mPa.s (cP), e a viscosidade dinâmica era 4,58 mm2/s (cSt) . A viscosidade dinâmica máxima permissível a -20 °C é 8 mm2/s (cSt) . Todos os parâmetros testados passaram pelas exigências detalhadas para um Jato A-1 semissintético como descrito pela especificação padrão ASTM D7566-18a para combustível de turbina de aviação contendo hidrocarbonetos sintetizados.
[000194] A temperatura do ponto de fulgor de 50,0 °C (mínimo de 38 °C exigido) e densidade de 790,7 kg/m3 (mínimo 775 kg/m3 exigido), indicou que material de ebulição mais baixa adicional podia ser acomodado na mistura de combustível de jato semissintético. O início do ponto de congelamento de -56,3 °C (máximo -47 °C exigido), densidade de 790,7 kg/m3 (máximo de 840 kg/m3 exigido), ponto de fumaça de 23,00 (mínimo de 18 mm exigido) e temperatura final do ponto de ebulição de 261,0 °C (máximo 300 °C exigido), indicaram que material de ebulição mais alta adicional poderia ser acomodado na mistura de combustível de jato semissintético. Tabela 4. Caracterização de combustível de jato semissintético e comparação com as especificações do Jato A-1.
[000195] Exemplo 5. O processo como descrito na presente invenção também é capaz de produzir uma mistura de combustível de jato totalmente sintético. Ao contrário de um combustível de jato semissintético, o combustível de jato totalmente sintético não tem componente de mistura derivado de petróleo na mistura de combustível de jato.
[000196] Um combustível de jato totalmente sintético foi misturado utilizando produtos descritos nos Exemplos 2 e 3. A mistura consistiu em 40% em peso da fração de 160- 260 °C do produto de oligomerização hidrotratado mostrado na Tabela 2 e 60% em peso da fração de 160-240 °C do produto hidrocraqueado mostrado na Tabela 3. Esse combustível de jato totalmente sintético foi caracterizado e comparado com as exigências de especificação do Jato A-1 (Tabela 5) . Um laboratório de combustível realizou a caracterização e adicionou 1 mg/L Stadis 450 ao combustível de jato totalmente sintético antes da caracterização.
[000197] Além daquelas especificações listadas na Tabela 5, a densidade de fluxo frio e viscosidade do combustível de jato totalmente sintético foram medidas. A - 20 °C, a densidade era 812 kg/m3, a viscosidade era 3,27 mPa.s (cP), e a viscosidade dinâmica era 4,02 mm2/s (cSt). A viscosidade dinâmica máxima permissível a -20 °C é 8 mm2/s (cSt) . Para aquelas análises que foram realizadas, o combustível de jato totalmente sintético passou pelas exigências para Jato sintético A-1 como descrito pela especificação de padrão ASTM D7566-18a para combustível de turbina de aviação contendo hidrocarbonetos.
[000198] O T50-T10 = (197,8-181,7) = 16,1 °C, que é maior que a diferença mínima de 15 °C exigida para um combustível de jato totalmente sintético. O T90-T10 = 41,1 °C que é maior que a diferença mínima de 40 °C exigida para um combustível de jato totalmente sintético. A temperatura de ponto de fulgor de 47,0 °C (mínimo de 38 °C exigido) e densidade de 786,1 kg/m3 (mínimo 775 kg/m3 exigido), indicou que material de ebulição mais baixa adicional poderia ser acomodado na mistura de combustível de jato totalmente sintético. O início do ponto de congelamento de -72,2 °C (máximo -47 °C exigido), densidade de 786,1 kg/m3 (máximo de 840 kg/m3 exigido), ponto de fumaça de 24,0 mm (mínimo de 18 mm exigido) e temperatura de ponto de ebulição final de 242,9 °C (máximo de 300 °C exigido), indicaram que o material de ebulição mais alto adicional poderia ser acomodado na mistura de combustível de jato totalmente sintético. Tabela 5. Caracterização de combustível de jato totalmente sintético e comparação das especificações do Jato A-1.
[000199] As concretizações descritas na presente invenção pretendem ser apenas exemplos. Alterações, modificações e variações podem ser efetuadas nas concretizações específicas pelos técnicos no assunto. O escopo das reivindicações não deve ser limitado pelas concretizações específicas expostas na presente invenção, porém deve ser interpretado em um modo consistente com o relatório descritivo como um todo.
[000200] Todas as publicações, patentes e pedidos de patente mencionados nesse Relatório descritivo são indicativos do nível de conhecidos dos técnicos no assunto que essa invenção se refere e são pela presente incorporados por referência até o mesmo ponto como se cada publicação individual, patente ou pedido de patente fosse especificamente e individualmente indicado como sendo incorporado por referência.
[000201] A invenção sendo desse modo descrita, será óbvio que a mesma pode ser variada em muitos modos. Tais variações não devem ser consideradas como afastamento do espírito e escopo da invenção e todas essas modificações como seriam óbvias para um técnico no assunto pretendem ser incluídas no escopo das reivindicações que se seguem.

Claims (78)

1. Processo para a produção de combustível de jato sintético caracterizado pelo fato de compreender: converter insumo em gás de síntese, compreendendo pirolisar o insumo para formar uma mistura compreendendo biocrude e gaseificar a mistura compreendendo biocrude para formar o gás de síntese, em que o insumo compreende biomassa, materiais orgânicos, fluxos de resíduos ou uma combinação dos mesmos; converter o gás de síntese em uma mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos; refinar a mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos, o refino compreendendo separar a mistura em um produto de querosene e pelo menos um dentre um produto aquoso, um produto de gás e nafta, ou um produto mais pesado e óleo de gás; hidrotratar o produto de querosene para formar uma mistura compreendendo hidrocarbonetos parafínicos; e fracionar a mistura compreendendo hidrocarbonetos parafínicos para isolar o combustível de jato sintético, em que o combustível de jato sintético possui um ponto de ebulição entre 140°C a 260°C e um ponto de congelamento menor ou igual a - 47°C.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que converter o insumo em gás de síntese compreende: pirolisar o insumo sob condições aquosas, em que o insumo compreende um alto teor de água.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que converter o insumo em gás de síntese compreende: pirolisar o insumo, em que o insumo compreende um baixo teor de água.
4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que gaseificar a mistura compreendendo biocrude compreende: gaseificar a mistura compreendendo biocrude para formar uma mistura que compreende CH4, CO, CO2 e H2; e reformar a mistura compreendendo CH4, CO, CO2 e H2 para formar o gás de síntese.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a mistura que compreende CH4, CO, CO2 e H2 compreende CH4, CO, CO2, H2 e H2O.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que reformar compreende a reforma seca e a reforma a vapor.
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que, ao converter o insumo em gás de síntese, o processo compreende ainda: adicionar um insumo de óleo, um insumo de açúcar, e/ou um insumo de álcool à mistura compreendendo biocrude antes da gaseificação.
8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o gás de síntese compreende uma razão de H2 para CO que é menor que 2 para 1.
9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o gás de síntese compreende uma razão estequiométrica de (H2 - CO2)/(CO + CO2) que é menor que 2 para 1.
10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o gás de síntese compreende uma razão Ribblet de (H2)/(2CO + 3CO2) que é menor que 1 para 1.
11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a conversão de gás de síntese em uma mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos compreende: executar uma síntese Fischer-Tropsch para converter o gás de síntese em uma mistura que compreende hidrocarbonetos líquidos.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a síntese Fischer-Tropsch é executada com um catalisador baseado em ferro.
13. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que, ao executar a síntese Fischer- Tropsch para converter o gás de síntese em uma mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos, o processo compreende ainda: uma reação de deslocamento de gás-água para aumentar a concentração de H2.
14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de que a síntese Fischer-Tropsch é executada em uma pressão de aproximadamente 2 MPa; ou aproximadamente 2,5 MPa; ou aproximadamente 2,8 MPa.
15. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de que a síntese Fischer-Tropsch é executada em uma pressão em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a 5 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 4 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 3 MPa; ou em uma faixa de cerca de 1,5 a cerca de 2,5 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 2,5 MPa.
16. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de que a síntese Fischer-Tropsch é executada em uma pressão maior que 2 MPa.
17. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 16, caracterizado pelo fato de que a mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos compreende uma razão de alceno para alcano que é maior que 1 para 1.
18. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que a separação da mistura compreende: executar uma separação de equilíbrio de vapor-líquido na mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos; e separar a mistura no produto de querosene e pelo menos um dentre um produto aquoso; um produto de gás e nafta ou um produto mais pesado e óleo de gás.
19. Processo, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a separação de equilíbrio de líquido-vapor é executada como uma separação de estágio único e/ou uma separação de múltiplos estágios.
20. Processo, de acordo com a reivindicação 18 ou 19, caracterizado pelo fato de que, quando um produto aquoso é separado, refinar a mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos compreende ainda: adicionar o produto aquoso separado à mistura compreendendo biocrude antes de gaseificar a mistura compreendendo biocrude ao converter insumo em gás de síntese.
21. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 20, caracterizado pelo fato de que, quando um produto de gás e nafta é separado, refinar a mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos compreende ainda: oligomerizar o produto de gás e nafta para formar uma mistura que compreende um primeiro produto de querosene adicional.
22. Processo, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a oligomerização do produto de gás e nafta é executada em uma pressão de aproximadamente 2,5 MPa; ou aproximadamente 2 MPa.
23. Processo, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a oligomerização do produto de gás e nafta é executada em uma pressão em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a 3 MPa; ou em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a cerca de 2,5 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 2,5 MPa.
24. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 23, caracterizado pelo fato de que a oligomerização do produto de gás e nafta é executada com um catalisador não sulfurado.
25. Processo, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a oligomerização do produto de gás e nafta é executada com um catalisador de zeólita ZSM-5 ácido.
26. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 25, caracterizado pelo fato de que o primeiro produto de querosene adicional compreende compostos de alceno e aromáticos.
27. Processo, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o primeiro produto de querosene adicional compreende aproximadamente 0% a aproximadamente 60% de compostos aromáticos; aproximadamente 1% a aproximadamente 60% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 1% a aproximadamente 50% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 1% a aproximadamente 40% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 1% a aproximadamente 30% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 0% a aproximadamente 1% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 1% a aproximadamente 7% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 8% a aproximadamente 25% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 8% de compostos aromáticos.
28. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 27, caracterizado pelo fato de que, quando um produto mais pesado e óleo de gás são separados, refinar a mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos compreende ainda: hidrocraquear o produto mais pesado e óleo de gás para formar uma mistura que compreende um segundo produto de querosene adicional.
29. Processo, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o hidrocraqueamento do produto mais pesado e óleo de gás é executado em uma pressão de 2,5 MPa; ou 2 MPa.
30. Processo, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o hidrocraqueamento do produto mais pesado e óleo de gás é executado em uma pressão em uma faixa de 1,5 MPa a 3 MPa; ou em uma faixa de 1,5 MPa a 2,5 MPa; ou em uma faixa de 2 MPa a 2,5 MPa.
31. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a 30, caracterizado pelo fato de que o hidrocraqueamento do produto mais pesado e óleo de gás é executado com um catalisador não sulfurado.
32. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 28 a 31, caracterizado pelo fato de que o hidrocraqueamento é executado com um catalisador de metal nobre suportado em alumina-sílica amorfa.
33. Processo, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que o catalisador é Pt/SiO2-Al2O3.
34. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 33, caracterizado pelo fato de que o hidrotratamento do produto de querosene para formar uma mistura compreendendo hidrocarbonetos parafínicos e o fracionamento da mistura compreendendo hidrocarbonetos parafínicos para isolar o combustível de jato sintético compreende: hidrotratar o produto de querosene, e quandoum produto de gás e nafta é separado, hidrotratar o primeiro produto de querosene adicional, para formar uma mistura compreendendo hidrocarbonetos parafínicos; e fracionar a mistura compreendendo hidrocarbonetos parafínicos, e quando o produto mais pesado e óleo de gás são separados, fracionar uma mistura compreendendo o segundo produto de querosene adicional, para isolar o combustível de jato sintético.
35. Processo, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que, ao fracionar a mistura compreendendo hidrocarbonetos parafínicos e fracionar a mistura compreendendo o segundo produto de querosene adicional, o processo compreende ainda: adicionar a mistura que compreende o segundo produto de querosene adicional à mistura compreendendo hidrocarbonetos parafínicos antes do fracionamento.
36. Processo, de acordo com a reivindicação 34 ou 35, caracterizado pelo fato de que cada um dentre o produto de querosene, o primeiro produto de querosene adicional e o segundo produto de querosene adicional têm uma faixa de temperatura de ponto de ebulição normal de cerca de 140°C a cerca de 300°C.
37. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 24 a 36, caracterizado pelo fato de que o hidrotratamento é executado em uma pressão de aproximadamente 2,5 MPa; ou aproximadamente 2 MPa.
38. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 34 a 36, caracterizado pelo fato de que o hidrotratamento é executado em uma pressão em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a 3 MPa; ou em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a cerca de 2,5 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 2,5 MPa.
39. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 34 a 38, caracterizado pelo fato de que o hidrotratamento é executado com um catalisador não sulfurado.
40. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 34 a 39, caracterizado pelo fato de que o hidrotratamento é executado com um catalisador de metal de base reduzida suportado em alumina ou sílica.
41. Processo, de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pelo fato de que o catalisador é Ni/Al2O3 reduzido.
42. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 41, caracterizado pelo fato de que o combustível de jato sintético é um componente de mistura de combustível de jato, um combustível de jato semissintético, um combustível de jato totalmente sintético ou uma combinação dos mesmos.
43. Processo, de acordo com a reivindicação 42, caracterizado pelo fato de que o combustível de jato sintético possui um ponto de congelamento menor do que - 60°C.
44. Processo para a produção de combustível de jato sintético caracterizado pelo fato de que compreende: pirolisar o insumo para formar uma mistura compreendendo biocrude, o insumo compreendendo biomassa, materiais orgânicos, fluxos de resíduos ou uma combinação dos mesmos; gaseificar a mistura compreendendo biocrude, a gaseificação compreendendo gaseificar a mistura compreendendo biocrude para formar uma mistura que compreende CH4, CO, CO2, e H2 e reformar a mistura compreendendo CH4, CO, CO2, e H2 para formar gás de síntese; converter o gás de síntese em uma mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos, compreendendo executar uma síntese Fischer-Tropsch para converter o gás de síntese em uma mistura que compreende hidrocarbonetos líquidos; refinar a mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos para isolar um produto de querosene, o refino compreendendo executar uma separação de equilíbrio de vapor-líquido na mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos e separar a mistura no produto de querosene e pelo menos um dentre um produto aquoso; um produto de gás e nafta, ou um produto mais pesado e óleo de gás, em que quando um produto aquoso é separado, o refino compreende ainda adicionar o produto aquoso separado à mistura compreendendo biocrude antes de gaseificar a mistura compreendendo biocrude, quando um produto de gás e nafta são separados, o refino compreende ainda oligomerizar o produto de gás e nafta para formar uma mistura compreendendo um primeiro produto de querosene adicional, e quando um óleo de gás e um produto mais pesado são separados, o refino compreende ainda hidrocraquear o óleo de gás e o produto mais pesado para formar uma mistura compreendendo um segundo produto de querosene adicional; e o refino compreende ainda hidrotratar o produto de querosene para formar uma mistura compreendendo hidrocarbonetos parafínicos; e fracionar a mistura compreendendo hidrocarbonetos parafínicos para formar combustível de jato sintético tendo um ponto de ebulição entre cerca de 140°C e cerca de 260°C e um ponto de congelamento menor ou igual a - 47°C ou menor que - 60°C, e quando um produto de gás e nafta são separados, o hidrotratamento compreende ainda hidrotratar o primeiro produto de querosene adicional para formar uma mistura compreendendo hidrocarbonetos parafínicos e fracionar a mistura compreendendo hidrocarbonetos parafínicos, e quando um óleo de gás e um produto mais pesado são separados, o hidrotratamento compreende ainda fracionar a mistura compreendendo o segundo produto de querosene adicional, para isolar o combustível de jato sintético.
45. Processo, de acordo com a reivindicação 44, caracterizado pelo fato de que pirolisar o insumo compreende: pirolisar o insumo sob condições aquosas, em que o insumo compreende um alto teor de água.
46. Processo, de acordo com a reivindicação 44, caracterizado pelo fato de que pirolisar o insumo compreende: pirolisar o insumo sob condições aquosas, em que o insumo compreende um baixo teor de água.
47. Processo, de acordo com a reivindicação 44, caracterizado pelo fato de que reformar compreende reforma a seco e reforma a vapor.
48. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 47, caracterizado pelo fato de que a gaseificação compreendendo gaseificar a mistura compreendendo biocrude para formar uma mistura que compreende CH4, CO, CO2 e H2 compreende: formar uma mistura compreendendo CH4, CO, CO2, H2 e H2O.
49. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 48, caracterizado pelo fato de que, ao pirolisar o insumo, o processo compreende ainda: adicionar um insumo de óleo, um insumo de açúcar, e/ou um insumo de álcool à mistura compreendendo biocrude antes da gaseificação.
50. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 49, caracterizado pelo fato de que o gás de síntese compreende uma razão de H2 para CO que é menor que 2 para 1.
51. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 50, caracterizado pelo fato de que o gás de síntese compreende uma razão estequiométrica de (H2 - CO2)/(CO + CO2) que é menor que 2 para 1.
52. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 51, caracterizado pelo fato de que o gás de síntese compreende uma razão Ribblet de (H2)/(2CO + 3CO2) que é menor que 1 para 1.
53. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 52, caracterizado pelo fato de que a síntese Fischer-Tropsch é executada com um catalisador baseado em ferro.
54. Processo, de acordo com a reivindicação 53, caracterizado pelo fato de que, ao executar a síntese Fischer- Tropsch para converter o gás de síntese em uma mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos, o processo compreende ainda: uma reação de deslocamento de gás-água para aumentar a concentração de H2.
55. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 54, caracterizado pelo fato de que a síntese Fischer-Tropsch é executada em uma pressão de aproximadamente 2 MPa; ou aproximadamente 2,5 MPa; ou aproximadamente 2,8 MPa.
56. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 55, caracterizado pelo fato de que a síntese Fischer-Tropsch é executada em uma pressão em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a 5 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 4 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 3 MPa; ou em uma faixa de cerca de 1,5 a cerca de 2,5 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 2,5 MPa.
57. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 55, caracterizado pelo fato de que a síntese Fischer-Tropsch é executada em uma pressão maior que 2 MPa.
58. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 57, caracterizado pelo fato de que a mistura compreendendo hidrocarbonetos líquidos compreende uma razão de alceno para alcano que é maior que 1 para 1.
59. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 58, caracterizado pelo fato de que a separação de equilíbrio de líquido-vapor é executada como uma separação de estágio único e/ou uma separação de múltiplos estágios.
60. Processo, de acordo com a reivindicação 44 ou 59, caracterizado pelo fato de que a oligomerização do produto de gás e nafta é executada em uma pressão de aproximadamente 2,5 MPa; ou aproximadamente 2 MPa.
61. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 59, caracterizado pelo fato de que a oligomerização do produto de gás e nafta é executada em uma pressão em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a 3 MPa; ou em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a cerca de 2,5 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 2,5 MPa.
62. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 61, caracterizado pelo fato de que a oligomerização do produto de gás e nafta é executada com um catalisador não sulfurado.
63. Processo, de acordo com a reivindicação 62, caracterizado pelo fato de que a oligomerização do produto de gás e nafta é executada com um catalisador de zeólita ZSM-5 ácido.
64. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 63, caracterizado pelo fato de que o primeiro produto de querosene adicional compreende compostos de alceno e aromáticos.
65. Processo, de acordo com a reivindicação 64, caracterizado pelo fato de que o primeiro produto de querosene adicional compreende aproximadamente 0% a aproximadamente 60% de compostos aromáticos; aproximadamente 1% a aproximadamente 60% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 1% a aproximadamente 50% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 1% a aproximadamente 40% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 1% a aproximadamente 30% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 0% a aproximadamente 1% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 1% a aproximadamente 7% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 8% a aproximadamente 25% de compostos aromáticos; ou aproximadamente 8% de compostos aromáticos.
66. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 65, caracterizado pelo fato de que o hidrocraqueamento do produto mais pesado e óleo de gás é executado em uma pressão de aproximadamente 2,5 MPa; ou aproximadamente 2 MPa.
67. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 65, caracterizado pelo fato de que o hidrocraqueamento do produto mais pesado e óleo de gás é executado em uma pressão em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a 3 MPa; ou em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a cerca de 2,5 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 2,5 MPa.
68. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 67, caracterizado pelo fato de que o hidrocraqueamento do produto mais pesado e óleo de gás é executado com um catalisador não sulfurado.
69. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 68, caracterizado pelo fato de que o hidrocraqueamento é executado com um catalisador de metal nobre suportado em alumina-sílica amorfa.
70. Processo, de acordo com a reivindicação 69, caracterizado pelo fato de que o catalisador é Pt/SiO2-Al2O3.
71. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 70, caracterizado pelo fato de que, ao fracionar a mistura compreendendo hidrocarbonetos parafínicos e fracionar a mistura compreendendo o segundo produto de querosene adicional, o processo compreende ainda: adicionar a mistura que compreende o segundo produto de querosene adicional à mistura compreendendo hidrocarbonetos parafínicos antes do fracionamento.
72. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 71, caracterizado pelo fato de que cada um dentre o produto de querosene, o primeiro produto de querosene adicional e o segundo produto de querosene adicional têm uma faixa de temperatura de ponto de ebulição normal de cerca de 140°C a cerca de 300°C.
73. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 72, caracterizado pelo fato de que o hidrotratamento é executado em uma pressão de aproximadamente 2,5 MPa; ou aproximadamente 2 MPa.
74. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 72, caracterizado pelo fato de que o hidrotratamento é executado em uma pressão em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a 3 MPa; ou em uma faixa de cerca de 1,5 MPa a cerca de 2,5 MPa; ou em uma faixa de cerca de 2 MPa a cerca de 2,5 MPa.
75. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 74, caracterizado pelo fato de que o hidrotratamento é executado com um catalisador não sulfurado.
76. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 75, caracterizado pelo fato de que o hidrotratamento é executado com um catalisador de metal de base reduzida suportado em alumina ou sílica.
77. Processo, de acordo com a reivindicação 76, caracterizado pelo fato de que o catalisador é Ni/Al2O3. reduzido.
78. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 44 a 77, caracterizado pelo fato de que o combustível de jato sintético é um componente de mistura de combustível de jato, um combustível de jato semissintético, um combustível de jato totalmente sintético ou uma combinação dos mesmos.
BR112021015048-0A 2019-01-30 2020-01-30 Processo para a produção de combustível de jato sintético BR112021015048B1 (pt)

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