BR122017001929B1 - Método de extrair um material contendo hidrocarboneto de uma formação contendo hidrocarboneto que foi irradiada in situ - Google Patents
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Abstract
a presente invenção refere-se a sistemas e a métodos que incluem proporcionar, por exemplo, obter ou preparar um material incluindo um hidrocarboneto transportado por um substrato inorgânico, e expor o material a uma pluralidade de partículas energéticas, como partículas carregadas aceleradas, como elétrons ou íons.
Description
(54) Título: MÉTODO DE EXTRAIR UM MATERIAL CONTENDO HIDROCARBONETO DE UMA FORMAÇÃO CONTENDO HIDROCARBONETO QUE FOI IRRADIADA IN SITU (51) Int.CI.: C10G 1/00; C10G 15/08; E21B 43/24 (30) Prioridade Unionista: 03/04/2009 US 12/417,786, 18/06/2008 US 61/073,665, 19/12/2008 US 61/139,324, 20/10/2008 US 61/106,861 (73) Titular(es): XYLECO, INC.
(72) Inventor(es): MARSHALL MEDOFF
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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO DE EXTRAIR UM MATERIAL CONTENDO HIDROCARBONETO DE UMA FORMAÇÃO CONTENDO HIDROCARBONETO QUE FOI IRRADIADA IN SITU.
[001] Dividido do PI0914784-5, depositado em 28.04.2009. CAMPO TÉCNICO [002] A presente invenção refere-se a processamento de materiais contendo hidrocarboneto.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [003] O processamento de materiais contendo hidrocarboneto permite que sejam extraídos produtos úteis dos materiais. Materiais contendo hidrocarboneto natural podem incluir uma série de outras substâncias além dos hidrocarbonetos.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [004] São apresentados sistemas e métodos para o processamento de uma ampla série de diferentes materiais contendo hidrocarboneto, tais como óleos no estado bruto leves e pesados, gás natural, betume, carvão sendo que esses materiais são misturados intimamente com um suporte sólido e/ou adsorvidos sobre o suporte, tal como um suporte inorgânico. Em particular, os sistemas e métodos aqui descritos podem ser usados para processar (por exemplo, rachar, converter, isomerizar, reformar, separar), materiais contendo hidrogênio que são, em geral, visto como menos fáceis de serem processados, incluindo areias petrolíferas, óleo de xisto, areais de alcatrão, e outros materiais sintéticos e de ocorrência natural, incluindo, tanto, componentes de hidrocarboneto como matéria sólida, por exemplo, matéria orgânica sólida e/ou matéria inorgânica).
[005] Em alguns casos, os métodos aqui apresentados podem ser usados para processar materiais contendo hidrocarboneto in situ, por exemplo, em um furo de poço, formação contendo hidrocarboneto
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2/49 ou outro local de mineração. Em alguns implementos, este processamento in situ pode reduzir a energia necessária para minerar e/ou extrair o material contendo hidrogênio e, assim melhorar a eficácia econômica de obtenção de produtos de material contendo hidrocarboneto. [006] Os sistemas e métodos aqui descritos utilizam uma série de diferentes técnicas para processo de materiais contendo hidrocarboneto. Por exemplo, a exposição dos materiais a feixes de partícula (por exemplo, feixes incluindo íons e/ou elétrons e/ou partículas neutras) ou fótons de alta energia (por exemplo, raios X ou raios-gama) podem ser usados para processar os materiais. A exposição de feixe de partículas pode ser combinada com outras técnicas como tratamento com som, processamento mecânico, por exemplo, trituração (por exemplo, redução de tamanho), redução de temperatura e/ou ciclização, pirrólise, processamento químico (por exemplo, oxidação e/ou redução) e outras técnicas para quebra adicional, isomerização ou uma alteração diferente da estrutura molecular dos componentes de hidrocarboneto, a fim de separar os hidrocarbonetos e extrair materiais úteis dos componentes (por exemplo, diretamente dos componentes e/ou através de uma ou mais etapas adicionais nas quais os componentes são convertidos em outros materiais). Pode-se aplicar radiação de um dispositivo que se encontra em uma galeria subterrânea.
[007] Os sistemas e os métodos aqui descritos também obtêm a combinação de quaisquer materiais contendo hidrocarboneto aqui descritos com materiais adicionais incluindo, por exemplo, materiais de suporte sólido. Materiais de suporte sólido podem aumentar a eficácia das variadas técnicas de processamento de material. Além disso, os materiais de suporte sólido podem, eles próprios, agir como catalisadores e/ou como hospedeiros para materiais de catalisador como partícula de metal nobre, por exemplo, partículas de ródio, partículas de platina e/ou partículas de irídio. Os materiais de catalisador podem
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3/49 aumentar ainda o coeficiente e seletividade com os quais os produtos particulares são obtidos do processamento dos materiais contendo hidrocarboneto.
[008] Em um primeiro aspecto, os métodos característicos descritos incluindo a exposição de um material que encerra um hidrocarboneto transportado por um substrato inorgânico a uma série de partículas energéticas, tais como partículas carregadas aceleradas tais como elétrons ou íons, para distribuir um nível ou uma dose de radiação de pelo menos 0,5 megarads, por exemplo, pelo menos 1, 2,5, 5, 10, 25, 50, 100, 250 ou até mesmo 300 ou mais megarads ao material.
[009] Em outro aspecto, a descrição caracteriza métodos incluindo a exposição de um material tendo um hidrocarboneto transportado por um substrato inorgânico a pelo menos 0,5 megarads de radiação, alterando assim, pelo menos uma propriedade do material.
[0010] As modalidades podem incluir, um ou mais dos seguintes aspectos.
[0011] O substrato inorgânico pode incluir superfícies externas e o hidrocarboneto pode ser transportado, por exemplo, adsorvido em pelo menos algumas das superfícies externas. O substrato inorgânico pode incluir superfícies internas e o hidrocarboneto pode ser transportado, por exemplo, adsorvido em pelo menos algumas das superfícies internas. O material pode incluir xisto betuminoso e/ou areia petrolífera. A radiação pode ser fornecida para um local onde se encontra o material.
[0012] O substrato pode incluir um material com uma condutividade térmica menor que 5 W m-1 K-1. O substrato inorgânico pode incluir pelo menos um dentre um material de aluminossilicato, um material de sílica e um material de alumina. O substrato pode incluir um metal nobre, como platina, irídio ou ródio. O substrato pode incluir um material zeólito. O material zeólito pode ter uma estrutura básica selecionada
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4/49 do grupo consistindo em ZSM-5, zeólito Y, zeólito beta, Mordenita, ferrierita, e misturas de quaisquer duas ou mais dessas estruturas básicas.
[0013] A irradiação pode, em alguns casos, reduzir o peso molecular do hidrocarboneto,por exemplo, em pelo menos 25%, pelo menos 50%, pelo menos 75%, ou pelo menos 100% ou mais. Por exemplo, a irradiação pode reduzir o peso molecular de um peso molecular inicial de cerca de 300 a cerca de 2000 antes da irradiação a um peso molecular após irradiação de cerca de 190 a cerca de 1750, ou de cerca de 150 a cerca de 1000.
[0014] As modalidades também podem incluir qualquer uma das características ou etapas aqui apresentadas.
[0015] Em um outro aspecto, a descrição caracteriza os métodos para processamento de um material de hidrocarboneto. Os métodos incluem a combinação do material de hidrocarboneto com um material de suporte sólido, expor o hidrocarboneto combinado e os materiais de suporte sólidos a uma série de partículas carregadas ou fótons para fornecer uma dose de radiação de pelo menos 0,5 megarads, por exemplo, pelo menos 1, 2,5 5, 10, 25, 50, 100, 250 ou até mesmo 300 ou mais megarads, e processar o hidrocarboneto combinado exposto e materiais de suporte sólido para obter pelo menos um produto de hidrocarboneto.
[0016] Ainda em outro aspecto, a descrição caracteriza a exposição de um hidrocarboneto que foi combinado com um material de suporte sólido a uma série de partículas carregadas ou fótons para distribuir uma dose de radiação de pelo menos 0,5 megarads.
[0017] As modalidades podem incluir um ou mais dos seguintes aspectos.
[0018] O método pode incluir processamento adicional do hidrocarboneto combinado exposto e material de suporte sólido para obter
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5/49 pelo menos um produto de hidrocarboneto, em particular por um processo que compreende a oxidação e/ou redução do hidrocarboneto combinado e materiais de suporte sólido. O material de suporte sólido pode incluir pelo menos um material catalisador. Pelo menos um material catalisador pode incluir pelo menos um material selecionado do grupo consistindo em platina, ródio, ósmio, ferro, e cobalto. O material de suporte sólido pode incluir um material selecionado do grupo consistindo em materiais de silicato, sílicas, materiais de aluminossilicato, aluminas, materiais óxido e materiais de vidro. O material de suporte sólido pode incluir pelo menos um material zeólito.
[0019] O processamento pode incluir expor o hidrocarboneto combinado e materiais de suporte sólido a ondas ultrassônicas. O processamento pode incluir a oxidação e/ou a redução do hidrocarboneto combinado e materiais de suporte sólido.
[0020] A pluralidade de partículas carregadas pode incluir íons. Os íons podem ser selecionados do grupo consistindo em íons positivamente carregados e íons negativamente carregados. Os íons podem incluir uma multiplicidade de íons carregados. Os íons podem incluir íons tanto positivamente como negativamente carregados. Os íons podem incluir uma multiplicidade de íons carregados. Os íons podem incluir tanto íons positivamente como negativamente carregados. Os íons podem incluir pelo menos um tipo de íons selecionados do grupo consistindo em íons de hidrogênio, íons de gás nobre, íons de oxigênio, íons de nitrogênio, íons de carbono, íons de halogênio, e íons metálicos. A pluralidade de partículas carregadas pode incluir elétrons. A pluralidade de partículas carregadas pode incluir tanto íons como elétrons.
[0021] O processamento inclui expor o hidrocarboneto combinado e os materiais de suporte sólido a partículas carregadas adicionais. As partículas carregadas adicionais podem incluir íons, elétrons, ou tanto
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6/49 íons como elétrons. As partículas carregadas adicionais podem incluir, tanto íons positivamente como negativamente carregados. As partículas carregadas adicionais podem incluir uma série de íons carregados. As partículas carregadas adicionais podem incluir pelo menos um tipo de íons selecionados do grupo consistindo em íons de hidrogênio , íons de gás nobre, íons de oxigênio, íons de nitrogênio, íons de carbono, íons de halogênio, e íons de metal. As partículas carregadas adicionais podem incluir íons, tanto positiva como negativamente carregados, íons com carga múltipla, partículas de catalisador, ou combinações dos mesmos.
[0022] A pluralidade de partículas carregadas pode incluir partículas de catalisador. As partículas carregadas adicionais podem incluir partículas de catalisador.
[0023] Os métodos podem ser realizados em um sistema de leito fluidizado. O método pode ser realizado em um sistema de craqueamento catalítico. A exposição dos materiais combinados a partículas carregadas pode aquecer os materiais combinados a uma temperatura de 126,85°C (400<K) ou mais.
[0024] Os métodos podem incluir expor o hidrocarboneto combinado e os materiais de suporte sólido a partículas reativas. A exposição do hidrocarboneto combinado e dos materiais de suporte sólido a partículas reativas pode ser feita durante o processamento. A exposição do hidrocarboneto combinado e dos materiais de suporte sólido á partículas reativas pode ser realizada durante a exposição a partículas carregadas. As partículas reativas podem incluir um ou mais tipos de partículas selecionadas do grupo consistindo em oxigênio, ozônio, enxofre, selênio, metais, gases nobres e hidrogênio. A exposição do hidrocarboneto combinado e materiais de suporte sólido a partículas radiativas pode ser feita em um sistema de craqueamento catalítico. [0025] O material de hidrocarboneto pode incluir areia petrolífera.
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O material de hidrocarboneto pode incluir xisto betuminoso.
[0026] As modalidades também incluem qualquer uma das características ou etapas aqui descritos.
[0027] Em um aspecto posterior, a descrição destaca métodos para o processamento de um material heterogêneo que inclui, pelo menos um componente hidrocarboneto e pelo menos um componente sólido. Os métodos incluem a combinação do material heterogêneo com pelo menos um material catalisador para formar um material precursor, expor o material precursor a uma série de partículas carregadas para fornecer uma dose de radiação de pelo menos 0,5 megarads (ou maior como aqui observado), e processamento do material precursor exposto para obter pelo menos um produto de hidrocarboneto. [0028] As modalidades desses métodos podem incluir uma ou mais das características apresentadas acima.
[0029] Os métodos também podem incluir a combinação do material precursor com um material de suporte sólido. O material de suporte sólido pode incluir pelo menos um material de zeólito. O material de suporte sólido pode incluir pelo menos um material selecionado do grupo consistindo em materiais de silicato, sílicas, materiais de aluminossilicato, aluminas, materiais de óxido, e vidros. O material de suporte sólido pode incluir pelo menos um material catalisador.
[0030] Em algumas implementações, os métodos aqui apresentados incluem proporcionar o material através da escavação do local onde o material é encontrado, e expor o material que inclui o fornecimento de uma fonte de radiação ao local onde se encontra o material. [0031] Em um outro aspecto, a invenção destaca um método incluindo formar um furo de poço em uma formação contendo hidrocarboneto, distribuir uma fonte de radiação ao poço; irradiar pelo menos uma parte da formação usando a fonte de radiação; e produzir um material contendo hidrocarboneto oriundo do poço.
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8/49 [0032] Em ainda um outro aspecto, a invenção destaca um método incluindo a distribuição de uma fone de radiação a um poço em um formação contendo hidrocarboneto; irradiar pelo menos uma parte da formação usando a fonte de radiação; e produzir um material contendo hidrocarboneto do furo de poço.
[0033] O método pode incluir ainda tratar termicamente a formação irradiada, por exemplo, com vapor, para extrair o material contendo hidrocarboneto da mesma.
[0034] Em outro aspecto, a invenção destaca um método incluindo extrair um material contendo hidrocarboneto de uma formação contendo hidrocarboneto que foi irradiada in situ.
[0035] Em algumas implementações, a formação contendo hidrocarboneto foi irradiada com uma dose de pelo menos 0,5 megarads de radiação.
[0036] A descrição completa de cada um dos seguintes Pedidos de Patente U.S. está ora incorporada por referência: Pedido U.S. Provisório N° de série. 61/049.391; 61/049.394; 61/049.395; 61/049.404; 61/049.405; 61/049.406; 61/049.407; 61/049.413; 61/049.415; e 61/049.419, todos depositados em 30 de abril de 2008; Pedido Provisório U.S. N°s de série 61/073.432; 61/073.436; 61/073.496; 61/073.530; 61/073.665; e 61/073.674, todos depositados em 18 de junho de 2008; Pedido Provisório U.S. N° de série 61/106.861, depositado em 20 de outubro de 2008; Pedido Provisório U.S. Nos. de série 61/139.324 e 61/139.453, ambos depositados em 19 de dezembro de 2008, e Pedido de Patente U.S. Números de Série 12/417.707; 12/417.720; 12/417.840; 12/417.699; 12/417.731; 12/417.900;
12/417.880; 12/417.723; 12/417.786; e 12/417.904, todos depositados em 3 de abril de 2009.
[0037] A menos que de outro modo observado, todos os termos técnicos e científicos aqui empregados têm o mesmo significado como
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9/49 é costumeiramente entendido pelos versados na técnica, para os quais esta invenção é pertinente. Embora os métodos e materiais semelhantes ou equivalentes àqueles aqui descritos possam ser usados na prática ou teste da presente invenção, métodos e materiais adequados estão aqui descritos. Todas as publicações, pedidos de patente, patentes e outras referências aqui mencionadas estão ora incorporadas por referência em sua totalidade para todo e cada conteúdo. No caso de conflito, o presente relatório descritivo, incluindo definições, irá controlar. Além disso, os materiais, métodos e exemplos são apenas ilustrativos, e não pretendem limitar a invenção.
[0038] Os detalhes de uma ou mais modalidades são explicados nos desenhos anexos, e na descrição. Outras características e vantagens tornar-se-ão evidentes a partir da descrição, desenhos e reivindicações.
DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0039] A figura 1 é um diagrama esquemático mostrando uma sequência de etapas para o processamento de materiais contendo hidrocarboneto.
[0040] A figura 2 é um diagrama esquemático mostrando outra sequência de etapas para processamento de materiais contendo hidrocarboneto.
[0041] A figura 3 é uma ilustração esquemática da parte inferior de um poço, intersectando uma formação de produção tendo um sistema para injetar radiação na formação.
[0042] A figura 3A é uma ilustração esquemática da parte inferior do mesmo poço, mostrando injeção de vapor e/ou constituintes químicos para a formação e produção do poço através de uma tubulação de produção do poço.
DESCRIÇÃO DETALHADA [0043] Muitas modalidades deste pedido utilizam Natural Force ®
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Chemistry. Os métodos de Natural Force ® Chemistry usam a aplicação e manipulação controlada de forças físicas tais como feixes de partícula, gravidade,luz etc. a fim de criar a alteração molecular estrutural e química pretendida. Em implementações preferidas, os métodos de Natural Force ® Chemistry alteram a estrutura molecular sem produtos químicos ou micro-organismos. Por aplicação dos processos naturais, uma nova matéria útil pode ser criada sem interferência ambiental prejudicial.
[0044] Embora o petróleo na forma de óleo bruto represente uma fonte conveniente de materiais de hidrocarboneto na economia mundial, existem fontes alternativas significativas de materiais de hidrocarboneto como areais petrolíferas, xisto betuminoso, areias de alcatrão, betume, carvão e outras misturas que tais, de hidrocarbonetos e material que não de hidrocarboneto, que também representam reservas significativas de hidrocarboneto. Infelizmente, tecnologias de processamento convencionais focam-se principalmente na refinação de vários graus de óleo bruto para obter produtos de hidrocarboneto. Bem poucas instalações e tecnologias são dedicadas ao processamento de fontes alternativas de hidrocarbonetos. Os motivos disto são principalmente econômicos, as fontes alternativas de hidrocarboneto aqui observadas provaram ser mais difíceis de refinar e processar, resultando em uma margem menor de lucro (caso haja alguma) por unidade de hidrocarboneto extraído. Existem também dificuldades técnicas associadas com a extração e refinação de materiais de hidrocarboneto dessas fontes. Muitas dificuldades técnicas surgem da natureza (por exemplo, estrutura química e física) dos hidrocarbonetos nos materiais alternativos e uma percentagem de baixo peso dos hidrocarbonetos no material contendo hidrocarboneto. Por exemplo, em alguns materiais contendo hidrocarboneto, como areias de alcatrão, os hidrocarbonetos são fisicamente e/ou quimicamente ligados a partículas sólidas podenPetição 870170006373, de 30/01/2017, pág. 16/67
11/49 do incluir vários tipos de areia, argila, rocha e matéria orgânica sólida. Essas misturas heterogêneas de componentes são difíceis de processar usando métodos de separação e refinamento convencionais, a maioria dos quais não são planejados para realizar o tipo de separação de componente necessária, para processar eficazmente esses materiais. Tipicamente, métodos de processamento que podem conseguir a quebra exigida e/ou separação dos componentes nos materiais contendo hidrocarboneto são exageradamente caros e apenas úteis quando a escassez de vários hidrocarbonetos no mercado mundial aumenta substancialmente o preço unitário dos hidrocarbonetos. Pode ainda ser difícil e oneroso remover-se alguns materiais contendo hidrocarboneto, por exemplo, areias petrolíferas e compostos betuminosos, da formação onde eles se encontram presentes. A mineração superficial exige enormes gastos de energia e é ambientalmente prejudicial, enquanto a recuperação térmica in situ com vapor também despende muita energia. O emprego de processos aqui descritos pode, por exemplo, reduzir a temperatura e/ou pressão de vapor necessária para a recuperação térmica in situ.
[0045] São aqui apresentados métodos e sistemas, os quais obtêm processamento eficiente e barato de materiais contendo hidrocarboneto para extração de uma série de diferentes produtos de hidrocarboneto. Os métodos e sistemas são particularmente moldáveis ao processamento de fontes alternativas de hidrocarbonetos acima descritos, porém também podem ser empregados, em geral para processar qualquer tipo de material contendo hidrocarboneto de ocorrência natural ou sintético. Esses métodos e sistemas permitem a extração de hidrocarbonetos de um grupo muito mais vasto de recursos contendo hidrocarboneto do que apenas o óleo bruto, podendo ajudar a superar as deficiências mundiais de produtos contendo hidrocarboneto ou derivados de hidrocarboneto.
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12/49 [0046] Os métodos aqui descritos incluem, tipicamente, a exposição dos materiais contendo hidrocarboneto transportados por materiais de substrato sólidos (orgânicos ou inorgânicos) a um ou mais feixes de partículas de fótons de alta energia. O feixe de partículas pode incluir elétrons acelerados, e/ou íons. Materiais sólidos, quando combinados com os hidrocarbonetos, são por vezes vistos como componentes inconvenientes das misturas de hidrocarboneto, caros para separar e sem muita usabilidade. Contudo, os métodos de processamento aqui descritos utilizam os materiais de substrato para melhorar a eficiência com a qual os materiais contendo hidrocarboneto são processados. Assim, os materiais de substrato sólidos representam um importante componente de processamento das mistura contendo hidrocarboneto, ao invés de simplesmente outro componente que tem de ser separado da mistura para obterem-se hidrocarbonetos com maior teor de pureza. Caso desejado, após a recuperação do componente hidrocarboneto, o substrato sólido pode ser usado como um produto separado, por exemplo, como um agregado ou material de leito de estrada. Alternativamente, o substrato sólido pode ser retornado ao local.
[0047] A figura 1 mostra um diagrama esquemático de uma técnica 100 para processamento de material contendo hidrocarboneto tais como areias petrolíferas, xisto betuminoso, areias betuminosas e outros materiais que incluem hidrocarbonetos misturados intimamente com componentes sólidos como rocha, areia, argila, depósito sedimentar, e/ou material orgânico sólido. Esses materiais podem estar em sua forma nativa, ou podem ter sido previamente tratados, por exemplo, tratados in situ com radiação conforme supracitado. Numa primeira etapa da sequência mostrada na figura 1, o material contendo hidrocarboneto 110 pode ser submetido a uma ou mais etapas de processamento mecânico opcional 120. As etapas de processamento mecâPetição 870170006373, de 30/01/2017, pág. 18/67
13/49 nico incluem, por exemplo, pulverização, trituração, agitação, centrifugação, corte rotativo, e/ou fatiado, jato de areia, e vários outros processos mecânicos que podem reduzir um tamanho médio de partículas do material 110 e iniciar a separação dos hidrocarbonetos do restante da matéria sólida. Em algumas modalidades, mais de uma etapa de processamento mecânico pode ser usada, por exemplo, múltiplos estágios de pulverização podem ser feitos pra processar o material 110. Alternativamente, ou além disso, um processo de trituração seguido por um processo de pulverização pode ser feito para tratar o material 110. Etapas adicionais como agitação e/ou mais trituração e/ou pulverização também podem ser feitos par reduzir ainda mais o tamanho médio das partículas do material 110.
[0048] Em uma segunda etapa 130 da sequência mostrada na figura 1, o material contendo hidrocarboneto 110 pode ser submetido a uma ou mais etapas de resfriamento e/ou ciclo de temperatura. Em algumas modalidades, por exemplo, o material 110 pode ser resfriado para uma temperatura na temperatura de ebulição do nitrogênio líquido ou abaixo desta temperatura. Em geral, o resfriamento e/ou ciclo de temperatura na etapa 30 pode incluir, por exemplo, resfriamento para temperaturas bem abaixo da temperatura ambiente (por exemplo, resfriamento para 10°C ou menos, 0°C ou menos, -10°C o u menos, -20°C ou menos, -30°C ou menos, -40°C ou menos, -50°C ou menos, -100°C ou menos, -150°C ou menos, -200°C ou menos, ou uma temperatura menor ainda que as citadas). Estágios múltiplos de resfriamento podem ser realizados com intervalos variados entre cada estágio de resfriamento para permitir que a temperatura do material 110 aumente. O efeito do resfriamento ou ciclo de temperatura do material 110 é romper a estrutura física e/ou química do material, promover pelo menos dissociação parcial dos componentes de hidrocarboneto dos componentes que não hidrocarboneto (por exemplo, materiais sólidos que
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14/49 não de hidrocarboneto) no material 110. Métodos adequados e sistemas para resfriamento e/ou ciclo de temperatura do material 110 estão apresentados, por exemplo, no Pedido de Patente Provisório U.S. n° de série 61/081.709, depositado em 17 de julho de 2008, cujo conteúdo total está ora incorporado por referência.
[0049] Na terceira etapa 140 da sequência da figura 1, o material contendo hidrocarboneto 110 é exposto a partículas carregada ou fótons, como fótons dotados de um comprimento de onda entre cerca de 0,01 nm e 280 nm. Em algumas modalidades, os fótons podem ter um comprimento de onda entre, por exemplo, 100 nm a 820 nm ou entre 0,01 nm a 10 nm,ou em alguns casos menos que 0,01 nm. As partículas carregadas interagem com o material 110, ocasionando mais dissociação dos hidrocarbonetos presente dos materiais que não de hidrocarboneto, e também ocasionando vários processos químicos de hidrocarboneto incluindo cisão de cadeia, formação de pontes e isomerização. Esses processos químicos convertem os hidrocarbonetos de cadeia longa em hidrocarbonetos de cadeia mais curta, muitos dos quais podendo eventualmente, ser extraídos do material 110 como produtos sendo empregados diretamente em várias aplicações.Os processos químicos também podem levar à conversão de vários produtos em outros produtos, alguns dos quais podendo ser mais convenientes do que outros. Por exemplo, pelas reações formadoras de ligação, alguns hidrocarbonetos de cadeia curta podem ser convertidos em hidrocarbonetos de comprimento de cadeia médio, o que pode ser traduzido em produtos mais valiosos. Como outro exemplo, a isomerização pode levar à formação de hidrocarbonetos de cadeia linear de hidrocarbonetos cíclicos. Esses hidrocarbonetos de cadeia linear podem ser mais valiosos do que suas contrapartes ciclizadas.
[0050] Pelo ajuste de uma energia média das partículas carregadas e/ou corrente média das partículas carregadas, a quantidade total
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15/49 de energia fornecida ou transferida ao material 110 pelas partículas carregadas pode ser controlada. Em algumas modalidades, por exemplo, o material 110 pode ser exposto a partículas carregadas, de modo que, a energia transferida ao material 100 (por exemplo, a dose de energia aplicada ao material 110) é 0,3 Mrad, ou mais (por exemplo, 0,5 Mrad ou mais, 0,7 Mrad, ou mais, 1,0 Mrad, ou mais, 2,0 Mrad,ou mais, 3,0 Mrad, ou mais, 5,0 Mrad, ou mais, 7,0 Mrad, ou mais, 10,0 Mrad ou mais,15 Mrad ou mais, 20,0 Mrad ou mais, 30,0 Mrad ou mais, 40,0 Mrad ou mais, 50,0 Mrad, ou mais, 75,0 Mrad ou mais, 100,0 Mrad ou mais, 150,0 Mrad, ou mais, 200,0 Mrad ou mais, 250,0 Mrad, ou mais, ou até mesmo 300,0 Mrad ou mais).
[0051] Geralmente, elétrons, íons, fótons, e combinações destes podem ser empregados como as partículas carregadas na etapa 140 para processar o material 110. Uma grande variedade de tipos diferentes de íons pode ser usada incluindo, sem limitação a, fótons, íons de hidreto, íons de oxigênio, íons de carbono, e íons de nitrogênio. Essas partículas carregadas podem ser empregadas sob condições e parâmetros variados como correntes de partículas, distribuição de energia, tempos de exposição e sequências de exposição que podem ser usados para garantir que a extensão desejada de separação dos componentes de hidrocarboneto dos componentes que não de hidrocarboneto no material 110, e a extensão dos processos de conversão química entre os componentes de hidrocarboneto seja alcançada. Sistemas e métodos adequados para expor o material 110 às partículas carregadas estão apresentados, por exemplo, nos seguintes Pedidos de Patente Provisórios U.S. 61/049.406, depositado em 30 de abril de 2008; N° de série. 61/073.665, depositado em 18 de junho de 2008; e N° de Série 61/073.680, depositado em 18 de junho de 2008, cujo conteúdo total de cada um desses pedidos provisórios descritos estando ora incorporados por referencia. Particularmente, os sistemas de partícula
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16/49 carregada tais como sistemas de acelerador linear indutivo (LINAC) podem ser usados para fornecer grandes doses de energia (por exemplo, doses de 50 Mrad ou mais,) para o material 110.
[0052] Na etapa final da sequência de processamento da figura 1, o material processado 110 é submetido a uma etapa de separação 150, que separa os produtos de hidrocarboneto 160 e os produtos que não de hidrocarboneto 170. Uma grande variedade de diferentes processos pode ser usada para separar os produtos. Processos exemplares incluem, sem limitação, a destilação, extração e processo mecânicos como centrifugação, filtração e agitação. Em geral, qualquer processo ou combinação de processos que renda separação dos produtos de hidrocarboneto 160 e produtos que não de hidrocarboneto 170 podem ser empregados na etapa 150. Uma variedade de processos de separação adequados estão descritos, por exemplo, na Publicação PCT n° WO 2008/073186 (por exemplo, no parágrafo PósProcessamento) cujo conteúdo total está ora incorporado por referência.
[0053] A sequência de processamento mostrada na figura 1 é uma sequência flexível, podendo ser modificada como desejado para materiais particulares 110 e/ou para recuperar produtos de hidrocarboneto particulares 160. Por exemplo, a ordem das varias etapas pode ser alterada na figura 1. Além disso, etapas adicionais dos tipos mostrados ou outros tipos de etapas, podem ser incluídas em qualquer ponto dentro da sequência, conforme desejado. Por exemplo, etapas de processamento mecânico adicionais, etapas de ciclagem de resfriamento/temperatura, etapas de exposição a raios, e/ou etapas de separação podem ser incluídas em qualquer local na sequência. Além disso, outras etapas de processamento tais como tratamento de ultrassom, processamento químico, pirrólise, oxidação e/ou redução, e exposição à radiação podem ser incluídos na sequência mostrada na figura 1,
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17/49 antes, durante e/ou seguinte a qualquer uma das etapas mostradas na figura 1. Muitos processos adequados para inclusão na sequência da figura 1 estão descritos, por exemplo, na Publicação PCT n° WO 2008/073186 (por exemplo, no parágrafo Descrição Detalhada).
[0054] Como um exemplo, em algumas modalidades, o material 110 pode ser submetido a um ou mas etapas de processamento de tratamento com ultrassom como parte da sequência de processamento mostrada na figura 1. Um ou mais líquidos podem ser adicionados ao material 110 para auxiliar no processo de tratamento com som. Líquidos adequados que podem ser adicionados ao material 110 incluem, água, vários tipos de hidrocarbonetos líquidos (por exemplo, solventes de hidrocarboneto) e outros solventes orgânicos e inorgânicos comuns.
[0055] O material 110 é tratado com som, por introdução do material em um vaso incluindo um ou mais transdutores ultrassônicos. Um gerador libera eletricidade a um ou mais transdutores ultrassônicos, que, incluem tipicamente, elementos piezelétricos, que convertem a energia elétrica em som, na faixa ultrassônica. Em algumas modalidades, os materiais são tratados com som usando ondas sonoras com uma frequência de cerca de 16 kHz a cerca de 110 kHz, por exemplo, de cerca de 18 kHz a cerca de 75 kHz ou de cerca de 20 kHz a cerca de 40 kHz (por exemplo, som com uma frequência de 20 kHz a 40 kHz.).
[0056] A energia ultrassônica (na forma de ondas ultrassônicas (é fornecida ou transferida ao material 110 no vaso. A energia cria uma série de compressões e rarefações no material 110 com uma intensidade suficiente para criar uma cavitação no material 110. A cavitação desagrega o hidrocarboneto e componentes que não de hidrocarboneto do material 110 e ainda produz radicais livres no material 110. Os radicais livres atuam para quebrar os componentes hidrocarboneto no
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18/49 material 110 iniciando reações de clivagem de ponte.
[0057] Tipicamente, de 5 a 4000 MJ/m3, por exemplo, 10, 25, 50, 100, 250, 500, 750, 1000, 2000, ou 3000 MJ/m3, de energia ultrassônica é fornecida ou aplicada ao material 110 deslocando-se a uma velocidade de cerca de 0,2 m3/s (a cerca de 3200 galões minutos), através do vaso. Após exposição à energia ultrassônica, o material 110 deixa o vaso sendo direcionado para uma ou mais etapas de processo adicionais.
[0058] Conforme sucintamente descrito na etapa 140 da sequência da figura 1, a exposição às partículas carregadas ou fótons é realizada na presença de vários componentes sólidos no material 110. Os componentes sólidos podem transportar os componentes hidrocarboneto em uma série de modos. Por exemplo, os hidrocarbonetos podem ser adsorvidos em materiais sólidos, apoiados pelos materiais sólidos, impregnados dentro dos materiais sólidos, colocados em camada no topo dos materiais sólidos, misturados com os materiais sólidos formando uma mistura heterogênea similar ao alcatrão e/ou combinados em vários outros modos. Durante a exposição do material 110 às partículas carregadas, os componentes sólidos intensificam a eficácia da exposição. Os componentes sólidos podem ser compostos, principalmente de materiais inorgânicos dotados de fraca condutividade térmica (por exemplo, silicatos, óxidos, aluminas, aluminossilicatos, e outros tais materiais).
[0059] Quando o material 110 é exposto às partículas carregadas ou fótons, as partículas carregadas ou fótons agem diretamente sobre os hidrocarbonetos ocasionando uma série de processos químicos, conforme acima. Contudo, as partículas carregadas também transferem energia cinética na forma de calor aos componentes sólidos do material 110. Devido aos componentes sólidos terem condutividade térmica relativamente fraca, o calor transferido permanece na região
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19/49 do material sólido muito próximo à posição à qual as partículas carregadas incidem. Portanto, a temperatura local do material sólido nesta região aumenta rapidamente em uma grande escala. Os componentes de hidrocarboneto que ficam em contato com os componentes sólidos, também aumentam rapidamente a uma temperatura significativamente mais alta. A elevada temperatura, os coeficientes de reação iniciados nos hidrocarbonetos pelas partículas carregadas = cisão de cadeia (por exemplo, craqueamento), formação de ligação, isomerização, oxidação e/ou redução, são tipicamente intensificados levando a uma separação mais eficaz dos hidrocarbonetos dos componentes sólidos, e uma conversão mais eficiente dos hidrocarbonetos nos produtos desejados.
[0060] De forma geral, os componentes sólidos presentes no material 110, de fato, promovem, ao invés de desencorajar, a separação e a conversão dos hidrocarbonetos no material usando os métodos aqui expostos. Em algumas modalidades, o material 110 é aquecido durante a exposição às partículas carregadas até uma temperatura média de 27°C (300 K) ou mais (por exemplo, 52°C (3 25 K) ou mais, 77°C (350 K)_ou mais, 127°C (400 K)ou mais, 177°C ( 450 K) ou mais, 227°C (500 K) ou mais, 327°C (600 K)ou mais, 427°C (700 K) ou mais). Além disso, quando os componentes sólidos incluem um ou mais tipos de partículas metálicas (por exemplo, dopantes) os coeficientes e/ou as eficiências das várias reações químicas que ocorrem no material 110 podem ser ainda mais intensificadas devido à participação dos metais como catalisadores nas reações.
[0061] A fim de aumentar ainda mais a velocidade e/ou seletividade do processo mostrado na figura 1, um ou mais materiais de catalisador podem ser introduzidos. Materiais de catalisador podem ser introduzidos numa série de modos. Por exemplo, em algumas modalidades, na etapa 140 (ou em uma outra etapa comparável em que o maPetição 870170006373, de 30/01/2017, pág. 25/67
20/49 terial 110 seja tratado com partículas carregadas), as partículas carregadas podem incluir partículas de materiais catalíticos além de, ou como alternativa a outros íons e/ou elétrons. Materiais catalíticos exemplares incluem íons e/ou partículas neutras de vários metais incluindo, platina, ródio, ósmio, ferro e cobalto.
[0062] Em algumas modalidades, os materiais catalíticos podem ser introduzidos diretamente aos componentes sólidos do material 110. Por exemplo, os materiais catalíticos podem ser misturados com o material 110 (por exemplo, combinando-se o material 110 com uma solução que inclui os materiais catalíticos) antes de expor o material 110 às partículas carregadas na etapa 140.
[0063] Em algumas modalidades, os materiais catalíticos podem ser adicionados ao material 110 na forma sólida. Por exemplo, os materiais catalíticos podem ser transportados por um material de suporte sólido (por exemplo, adsorvido sobre o material de suporte e/ou impregnado dentro do material de suporte) e a seguir o material de suporte sólido com os materiais catalíticos podem ser combinados com o material 110 antes da etapa de exposição 140. Como resultado de qualquer um dos processos de introdução de material de catalisador aos componentes sólidos do material 110, quando o material 110 está exposto às partículas carregadas na etapa 140, os componentes de hidrocarboneto são transportados por um ou mais materiais sólidos que incluem um ou mais materiais catalíticos. Em geral, os materiais catalíticos podem ser transportados (por exemplo, adsorvidos) sobre as superfícies internas do material de suporte sólido, nas superfícies externas do material de suporte sólido ou em ambas as superfícies interna e externa do material de suporte sólido.
[0064] Em algumas modalidades, materiais sólidos adicionais podem ser adicionados ao material 110 antes de expor o material 110 às partículas carregadas. O material sólido adicionado pode incluir um ou
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21/49 mais diferentes tipos de materiais sólidos. Conforme acima, pela adição dos materiais sólidos adicionais, o aquecimento local dos componentes de hidrocarboneto pode ser incrementado, aumentando a velocidade e/ou seletividade de reações iniciadas pelas partículas carregadas.
[0065] Tipicamente, os materiais sólidos adicionados possuem condutividade térmica relativamente lenta, para garantir que o aquecimento local dos hidrocarbonetos no material 110 ocorra, e para garantir que a dissipação de calor não ocorra tão rapidamente. Em algumas modalidades, a condutividade térmica de um ou mais materiais sólidos adicionados ao material 110 antes de uma etapa de expor o material 110 às partículas carregadas é de 5 W m-1 K-1 ou menor (por exemplo, 4 W m-1 K-1 ou menor, 3 W m-1 K-1 ou menor, 2 W m-1 ou menor, 1 W m-1 K-1 ou menor, ou 0,5 W m-1 K-1 ou menor). Materiais sólidos exemplares que podem ser adicionados ao material 110 incluem, sem limitação a estes, materiais com base em silício, tais como silicatos, sílicas, aluminossilicatos, aluminas, óxidos, vários tipos de partículas de vidro, e vários tipos de pedra (por exemplo, arenito) rocha e argilas como argila esmectita, por exemplo, montmorilonita e bentonita.
[0066] Em algumas modalidades, um ou mais materiais zeólito podem ser adicionados ao material 110, antes da exposição do material 110 às partículas carregadas. Materiais zeólito são porosos, e os poros podem agir como sítios de hospedagem para, tanto materiais catalíticos como hidrocarbonetos. Um grande número de diferentes zeólitos está disponível sendo compatível com os processos aqui expostos. Métodos de produção de zeólitos e introdução de materiais catalíticos aos poros dos zeólitos estão apresentados, por exemplo, nas seguintes patentes, cujo conteúdo integral está ora incorporado por referência ao presente: Patente U.S N° 4.439.310; Patente U.S N° 4.589.977; Patente U.S N° 7.344.695; e Patente europeia N° 0068817. Materiais
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22/49 de zeólito adequados estão disponíveis de, por exemplo, Zeolyst International (Valley Forge, PA, http://www.zeolyst.com).
[0067] Em determinadas modalidades, um ou mais materiais podem ser combinados com o material 110 antes de expor o material 110 às partículas carregadas. Os materiais combinados formam um material precursor. O um ou mais materiais podem incluir substâncias reativas que se encontram presentes numa forma quimicamente inerte. Quando as substâncias reativas são expostas às partículas carregadas (por exemplo, durante a etapa 140) as formas inertes podem ser convertidas em formas reativas das substâncias. As substâncias reativas podem então participar nas reações dos componentes de hidrocarboneto do material 110, incrementando a velocidade e/ou seletividade das reações. Substâncias reativas exemplares incluem agentes oxidantes (por exemplo, átomos de oxigênio, íons, moléculas contendo oxigênio, tais como gás oxigênio e/ou ozônio silicatos, nitratos, sulfatos, e sulfitos) agentes redutores (por exemplo, compostos à base de metal de transição), agentes ácidos e/ou básicos, doadores de elétron e/ou receptores, espécies radicais, e outros tipos de intermediários químicos e substâncias reativas.
[0068] Em algumas modalidades, os materiais sólidos podem ser adicionados ao material 110 até uma percentagem em peso de componentes sólidos no material 110 de 2% ou mais (por exemplo, 5% ou mais, 10% ou mais, 15% ou mais, 20% ou mais, 30% ou mais, 40% ou mais, 50% ou mais, 60% ou mais, 70% ou mais ou 80% ou mais). Conforme acima, em determinadas modalidades, a exposição dos hidrocarbonetos às partículas carregadas quando os hidrocarbonetos são carregados por materiais sólidos pode intensificar a velocidade e/ou seletividade das reações iniciadas pelas partículas carregadas. [0069] Em algumas modalidades, um tamanho médio de partícula dos componentes sólidos do material 110 pode ficar entre 50 pm e 50
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23/49 mm (por exemplo, entre 50 pm e 65 mm, entre 100 pm e 10 mm, entre 200 pm e 5 mm, entre 300 pm e 1 mm, entre 0,06 mm e 2 mm, ou entre 500 pm e 1 mm). Geralmente, controlando-se um tamanho médio de partícula dos componentes sólidos, a capacidade dos componentes sólidos em suportar os materiais contendo hidrocarboneto pode ser controlada. Em alguns casos, a atividade catalítica dos componentes sólidos também pode ser controlada selecionando-se tamanhos médios de partículas adequados.
[0070] O tamanho médio de partícula dos componentes sólidos do material 110 pode ser controlado através de várias técnicas de processamento mecânico opcionais na etapa 120 da figura 1. Por exemplo, em algumas modalidades, o tamanho médio de partícula do material 110 pode ser reduzido suficientemente, de modo que o material 110 possa ser despejado e fluir como açúcar granulado, areia ou cascalho.
[0071] Em determinadas modalidades, uma área superficial por unidade de massa dos materiais sólidos adicionados ao material 110 é de 250 m2 / g ou mais (por exemplo, 400 m2 /g ou mais, 600 m2/g ou mais, 800 m2/g ou mais, 1000 m2/g ou mais, 1200 m2/g ou mais). Em geral, adicionando-se os materiais sólidos com áreas superficiais maiores, a proporção de material de hidrocarboneto que pode ser transportada pelos componentes sólidos do material 110, aumenta. Além disso, a quantidade de material de catalisador que pode ser transportada pelos componentes sólidos do material 110 também aumenta, e/ou o número de sítios catalíticos no material sólido aumenta. Como resultado desses fatores, a taxa global e a seletividade das reações químicas iniciadas pela exposição às partículas carregadas podem ser intensificadas.
[0072] Em algumas modalidades, uma percentagem em peso do material de catalisador nos componentes sólidos do material 110 pode
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24/49 ser de 0,001 % ou mais (por exemplo, 0,01% ou mais, 0,1% ou mais, 0,3% ou mais, 0,5% ou mais, 1,0% ou mais, 2,0% ou mais, 3,0% ou mais, 4,0% ou mais, 5,0% ou mais, ou 10,0% ou mais). O material catalisador pode incluir um único tipo de catalisador ou dois ou mais diferentes tipos de catalisador.
[0073] Em geral, uma ampla variedade de diferentes tipos de partículas carregadas pode ser usada para expor o material 110. As partículas carregadas podem incluir, por exemplo, elétrons, íons negativamente carregados, e íons positivamente carregados. As partículas carregadas podem incluir íons de hidrogênio, oxigênio, carbono, nitrogênio, metais nobres, metais de transição e uma série de outros íons monoatômicos e poliatômicos. Os íons podem ser carregados individualmente e/ou carregados junto com outros íons.
[0074] Em determinadas modalidades, um ou mais diferentes tipos de partículas reativas podem ser introduzidos ao processo antes de, durante ou seguinte a uma ou mais etapas de exposição de partículas carregadas. Partículas reativas adequadas incluem oxigênio, ozônio, enxofre, selênio, metais variados, gases nobres (incluindo íons de gás nobre), e íons hidreto. Partículas reativas auxiliam na maior intensificação da taxa e seletividade dos processos iniciados pelas partículas carregadas (por exemplo, cisão de cadeia, formação de ponte, funcionalização e isomerização).
[0075] Em algumas modalidades, as etapas mostradas na figura 1 podem ser realizadas sem adição de qualquer líquido, por exemplo, solventes durante o processamento. Pode haver vantagens significativas em processar o material 110 sem adição de líquidos; incluindo nenhuma necessidade de descarte do liquido utilizado e/ou problemas de reciclo e equipamento, nenhuma necessidade para um bombeamento de fluido e sistema de transporte para deslocamento do material 110 através do sistema de processamento e procedimentos de manuseio
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25/49 de material mais simples. Além disso, o processamento do material 110 livre de líquido (por exemplo, isento de solvente) também pode ser significantemente menos oneroso do que os métodos de processamento à base de líquido, quando grandes volumes do material 110 são processados.
[0076] Em determinadas outras modalidades, algumas ou todas as etapas mostradas na figura 1 podem ser realizadas na presença de um liquido como um solvente, um emulsificante ou mais comumente, um ou mais líquidos misturados com o material 110. Por exemplo, em algumas modalidades, um ou mais líquidos como água, um ou mais hidrocarbonetos líquidos e/ou outros solventes orgânicos e inorgânicos de hidrocarbonetos podem ser combinados com o material 110 para melhorar a capacidade de escoamento do material 110. Misturando-se um ou mais líquidos com o material 110, pode ser formada uma suspensão heterogênea de material sólido nos líquidos. A suspensão pode ser prontamente transportada de um local para outro em uma instalação de processamento através de aparelho de tubulação pressurizado convencional. Os líquidos adicionados também podem auxiliar em vários processos (por exemplo, tratamento com som) na quebra do material sólido em partículas menores durante o processamento.
[0077] Em determinadas modalidades, os métodos aqui descritos podem ser realizados dentro de aparelhos convencionais de processamento de óleo bruto. Por exemplo, algumas ou todas as etapas de processamento na figura 1 podem ser realizadas em um sistema de leito fluido. O material 110 pode ser submetido a processamento mecânico e/ou etapas de resfriamento/ ciclagem térmica sendo introduzido em um leio fluidizado. As partículas carregadas podem ser fornecidas ao sistema de leito fluidizado e o material 110 pode ser exposto às partículas carregadas. As partículas carregadas podem incluir um ou mais diferentes tipos de partículas catalíticas, (por exemplo, partículas
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26/49 de metal como platina, ródio, ósmio, ferro, cobalto) que podem ainda intensificar a velocidade e/ou seletividade das reações químicas iniciadas pelas partículas carregadas. As partículas reativas também podem ser distribuídas ao meio de leito fluidizado a fim de promover as reações. Partículas reativas exemplares incluem, sem limitação a oxigênio, ozônio, enxofre, selênio, metais variados, íons de gás nobre, e íons de hidreto.
[0078] Em algumas modalidades, os métodos aqui expostos podem ser realizados em aparelho de craqueamento catalítico. Seguinte ao processamento do material 110 (por exemplo, através de etapas de processamento mecânico e/ou ciclo de resfriamento/temperatura) o material 110 pode ser introduzido em um aparelho de craqueamento catalítico. As partículas carregadas podem ser fornecidas ao aparelho de craqueamento catalítico e usada para expor o material 110. Além disso, as partículas reativas (conforme exposto acima em conexão com sistemas de leito fluidizado) podem ser introduzidas ao aparelho de craqueamento catalítico para incrementar a velocidade e/ou seletividade das reações iniciadas pelas partículas carregadas. Componentes hidrocarboneto do material 110 pode passar por reações de craqueamento adicional no aparelho para produzir, seletivamente, os produtos desejados.
[0079] Em outras modalidades, os métodos aqui apresentados podem ser realizados in situ, por exemplo, em um poço ou outro local de mineração. Por exemplo, em algumas implementações uma fonte de radiação é introduzida em um poço para irradiar um material contendo hidrocarboneto dentro do poço. A fonte de radiação pode ser, por exemplo, uma pistola eletrônica, como um acelerador Rhodotron®. [0080] Em alguns casos, por exemplo, se uma pluralidade de furos de poço laterais é perfurada na formação e elétrons são introduzidos através de cada lateral, a pistola eletrônica pode ser usada por si.
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Nesses casos, embora os elétrons não penetrem profundamente na formação que circunda as laterais, eles penetram de modo relativamente raso por todo o comprimento de cada lateral, penetrando assim, em uma área considerável da formação. É importante que os elétrons sejam capazes de penetrar na formação. Consequentemente, por exemplo, os poços laterais podem ser desalinhados, podem ser alinhados após a irradiação, podem ser alinhados com um revestimento perfurado suficientemente para se permitir adequada penetração de radiação ou pode ser revestido com um revestimento que transmite radiação, por exemplo, um tubo PVC.
[0081] Em outros casos, quando for desejada uma penetração mais profunda, a fonte de radiação pode ser configurada para emitir raios X ou outros fótons de alta energia, por exemplo, raios gama capazes de penetrar a formação mais profundamente. Por exemplo, a fonte de radiação pode ser uma pistola eletrônica usada em combinação com uma folha metálica, por exemplo, uma folha de tântalo, para gerar raios X (bremsshrahlung). As pistolas eletrônicas deste tipo são comercialmente disponíveis de IBA Industrial sob a marca eXelis®. [0082] Tipicamente, esses dispositivos são encerrados em uma cúpula, por exemplo, de chumbo ou concreto.
[0083] Vários outros dispositivos de irradiação podem ser empregados nos métodos aqui apresentados, incluindo fontes de ionização de campo, separadores de íon eletrostáticos, geradores de ionização de campo, fontes de emissão termiônicas, fontes de íon de descarga de microondas, aceleradores de recirculação ou estáticos, aceleradores lineares dinâmicos, aceleradores de força de van der Graaff, e aceleradores em linha dobrados. Esses dispositivos estão apresentados, por exemplo, no Pedido Provisório U.S. N° de Serie 61/073.665, cuja completa descrição está ora incorporada por referência.
[0084] Alternativamente, cobalto 60 pode ser usado para gerar raiPetição 870170006373, de 30/01/2017, pág. 33/67
28/49 os-gama. Contudo, p motivos de segurança é importante que o cobalto 60 seja protegido quando exposto a seres humanos. Assim, nessas implementações o cobalto 60 deve ser, geralmente, protegido quando não estiver confinado em um poço ou outra formação fechada.
[0085] Referindo-se às figuras 4 e 4A é mostrado um sistema de produção de formação subsuperficial, geralmente em 10 incluindo um ou mais poços primários 12 que estão revestidos com uma coluna de revestimento de poço 14. Os furos de poço primários 12 intersectam uma formação de produção subsuperficial 16 da qual os materiais contendo hidrocarboneto são produzidos.
[0086] Uma coluna de tubagem injetável 18 estende-se da superfície através do poço ou revestimento de poço 14 sendo preso no lugar por vedadores ou por quaisquer outros meios adequados para suporte e orientação dentro do poço. A extremidade aberta inferior 24 da coluna da tubagem injetável 18 está em comunicação com um compartimento de injeção 26 dentro do poço ou revestimento que é isolado, por exemplo, por tampões expansíveis 22 e 28 que estabelecem uma vedação dentro do poço ou revestimento.
[0087] Uma disposição de passagens de injeção lateralmente orientadas 30 e 32 que são formadas dentro da formação da produção 16 estende-se do compartimento de injeção isolado 26. As passagens 30, 32 estendem-se de aberturas ou janelas 34 e 36 sendo formadas no poço ou no revestimento 14 por uma ferramenta de perfuração, broca moedora ou de corte ou por quaisquer outros meios adequados. [0088] Referindo-se à figura 3, a formação pode ser irradiada passando-se uma fonte de radiação através da coluna da tubagem de injeção 18, por exemplo, uma pistola eletrônica conforme acima. A irradiação da formação ocasionará uma redução no peso molecular dos materiais contendo hidrocarboneto na formação reduzindo por esse meio, a viscosidade dos hidrocarbonetos.
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29/49 [0089] Uma bomba no fundo do poço pode ser proposta para bombear o fluido de produção coletado à superfície; contudo em muitos casos, a produção do poço é causada por pressão de injeção ou pressão de vapor.
[0090] Portanto, caso desejado pode-se usar vapor após irradiação para ajudar na produção dos materiais contendo hidrocarboneto oriundos do furo do poço. Referindo-se agora à figura 3A, em algumas implementações, o vapor de uma fonte adequada localizada na superfície (não mostrada) pode ser injetado através da coluna de tubagem de injeção 18 para o compartimento de injeção 26 do poço ou revestimento 14. Do compartimento de injeção 26, o vapor ingressa na disposição de passagens de injeção 30 e 32 ingressando na formação da produção subsuperficial onde ele aquece o material contendo hidrocarboneto e reduz sua viscosidade como também pressuriza a formação da produção. A pressão da formação induzida pela pressão de vapor faz com que o material de hidrocarboneto aquecido e menos viscoso migre através da formação para uma zona de pressão menor onde ele pode ser adquirido e produzido.
[0091] Embora apenas duas passagens de injeção lateralmente ou radialmente orientadas 30 e 33 sejam mostradas na figura 3A, ficará evidente que qualquer número adequado de passagens de injeção ou orifícios pode ser formado. As passagens de injeção podem ser formadas pelo uso de vários processos comercialmente disponíveis. [0092] Em muitas aplicações, a fim de minimizar o potencial do desmoronamento do material da formação para as passagens laterais previamente providas de jatos é desejável realizar operações de lavagem no revestimento, em seguida ao jateamento onde um perfurador, isto é, revestimento terminal ranhurado é lavado no lugar para dar suporte à formação e também para obter injeção de fluido e proporcionar fluxo de fluido da formação ao furo de poço para produção. Como aciPetição 870170006373, de 30/01/2017, pág. 35/67
30/49 ma, caso o revestimento seja inserido antes da etapa de irradiação acima descrita, é importante que o revestimento seja construído para permitir que a radiação penetre na formação.
[0093] Para produção do poço, uma coluna de tubagem de produção 38 estende-se da superfície através de uma abertura ou através da coluna do revestimento 14 sendo presa pelo tampão expansível 20 ou por qualquer dispositivo de ancoragem adequado. A extremidade inferior aberta 40 da coluna da tubagem de produção estende-se abaixo do tampão expansível 20 sendo aberta para um compartimento da produção 42 dentro do poço ou revestimento 14 que é isolado pelos tampões expansíveis 20 e 22. Tipicamente, uma bomba será localizada para bombear fluido da formação coletado do compartimento da produção e através da tubagem de produção para a superfície; no entanto, em alguns casos, a pressão da formação, estando intensificada pelo vapor ou pressão de fluido injetado, causará a vazão do fluido de produção até a superfície para o equipamento de manipulação na superfície.
[0094] Uma pluralidade de passagens de produção ou furos laterais, dois dos quais estão mostrados em 44 e 46, estende-se para a formação da produção 16 de aberturas ou janelas 48 e 50 formadas no poço ou revestimento. As passagens da produção podem estar desalinhadas como mostrado na figura 3, ou alinhadas por um revestimento perfurado flexível como é conhecido, dependendo das características da formação da produção. As passagens da produção lateral 44 e 46 são abertas para o compartimento da produção 42 do poço ou revestimento. O calor e a pressão da formação induzida por pressão do vapor, faz com que os materiais contendo hidrocarboneto aquecidos e, portanto menos viscosos migrem através da formação para as passagens da produção laterais 44 e 46, que conduzem os materiais produzidos através das aberturas ou janelas 48 e 50 para o compartimento
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31/49 da produção 42 do revestimento do poço. Quando não se emprega uma bomba, o material produzido é então forçado pela pressão da formação para a tubagem da produção 38 que direciona o mesmo para a superfície onde ele é recebido pelo equipamento P da superfície para posterior processamento e para armazenagem, manuseio ou transporte.
[0095] Em alguns casos, por exemplo, caso o material contendo hidrocarboneto esteja próximo da superfície, pode não ser necessário aplicar-se vapor ou outro calor para extração do hidrocarboneto. Por exemplo, em alguns casos, o material contendo hidrocarboneto pode ser irradiado in situ sendo a seguir removido sem aquecimento, por exemplo, por mineração em tiras.
[0096] Os hidrocarbonetos 160 produzidos do processo mostrado na figura 1 são tipicamente menos viscosos e fluem mais facilmente do que o material original 110 antes do início do processamento. Portanto, o processo mostrado na figura 1 permite a extração de componentes escoáveis do material 110, que podem simplificar em muito o subsequente manuseio dos hidrocarbonetos. Contudo, nem todas as etapas mostradas na figura 1 são necessárias para processamento do material 110 na obtenção dos componentes de hidrocarboneto 160, dependendo da natureza do material 110. Para alguns materiais, por exemplo, a exposição direta às partículas carregadas (etapa 140) seguida por separação (etapa 150) é uma rota viável na obtenção dos hidrocarbonetos 160. Para determinados materiais, a exposição direta às partículas catalíticas (por exemplo, partículas neutras e/ou íons de materiais como platina, ródio, ósmio, ferro e cobalto) na etapa 140, seguida por separação (etapa 150) pode ser usada para obter os hidrocarbonetos 160.
[0097] Embora a descrição precedente tenha focado no processamento de materiais que incluem componentes tanto de hidrocarboPetição 870170006373, de 30/01/2017, pág. 37/67
32/49 netos como não de hidrocarbonetos, os métodos aqui apresentados também podem ser usados no processo de materiais incluindo, pelo menos, nominalmente, hidrocarbonetos primários, como graus variados de óleo bruto. A figura 2 é um diagrama esquemático que mostra uma série de etapas 200 que podem ser usadas para processar esses materiais. Em uma primeira etapa 220, o hidrocarboneto 210 é combinado com uma quantidade de material sólido para formar uma mistura heterogênea. O material sólido pode incluir qualquer dentre um ou mais materiais sólidos aqui discutidos. O(s) material(is) sólido(s) também pode(m) incluir qualquer um ou mais materiais catalisadores aqui apresentados. Os sólidos adicionados formam um veículo para o hidrocarboneto 210 e ainda propiciam uma superfície ativa para quaisquer etapas catalíticas.
[0098] Na etapa 230, o hidrocarboneto 210 é exposto às partículas carregadas (por exemplo, elétrons e/ou íons). O aquecimento local devido à exposição às partículas carregadas e dissipação de calor relativamente lenta devido à fraca condutividade térmica dos materiais sólidos adicionados aumenta a temperatura do hidrocarboneto 210 levando a velocidades e seletividade intensificada de reações iniciadas pelas partículas carregadas. As partículas catalíticas presentes nos materiais sólidos adicionados e/ou partículas carregadas, ainda intensificam as velocidades da reação e especificidade. Em geral, as condições durante a etapa de exposição 230 podem ser selecionadas de acordo com a descrição da etapa 140 na figura 1 acima. Na etapa final 240 da figura 2, os produtos de hidrocarboneto 250 e os produtos que não de hidrocarboneto 260 são separados usando qualquer procedimento descrito supra em conexão com a etapa 150 da figura 1.
[0099] Os produtos de hidrocarboneto sejam estes extraídos de materiais contendo hidrocarboneto com componentes sólidos (por exemplo, processo 100) ou extraídos de fontes de hidrocarboneto tais
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33/49 como óleos brutos, (por exemplo, processo 200) podem ainda ser processados através de métodos de processamento de hidrocarboneto convencionais. No caso dos hidrocarbonetos serem previamente associados com componentes sólidos em materiais como areias petrolíferas, areias betuminosas, xisto betuminoso, os hidrocarbonetos liberados são escoáveis, sendo, portanto, passíveis de processamento em refinarias.
[00100] Em geral, os métodos aqui apresentados podem ser integrados dentro de refinarias convencionais para permitir o processamento e a refinação dos hidrocarbonetos de fontes alternativas. Os métodos podem ser implementados antes, durante e/ou depois de qualquer uma ou mais dessas etapas de processamento de refinação convencionais. Além disso, alguns aspectos dos métodos aqui apresentados incluindo a exposição dos hidrocarbonetos às partículas carregadas podem ser usados para auxiliar nos métodos de refinação convencionais, melhorar a velocidade e seletividade desses métodos. A seguir, serão descritos outros método de refinação que podem ser usados no processo dos hidrocarbonetos 160 e/ou 250 (por exemplo, as misturas de produtos obtidos dos processos 100 e 200).
[00101] A refinação de hidrocarboneto compreende processos que separam vários componentes em misturas de hidrocarbonetos e, em alguns casos, convertes alguns hidrocarbonetos em outras espécies de hidrocarboneto através de rearranjo molecular (por exemplo, reações químicas que quebram as ligações). Em algumas modalidades, uma primeira etapa no processo de refinação é uma etapa de lavagem com água para remover os componentes solúveis como sais das misturas. Tipicamente, a mistura lavada de hidrocarbonetos é a seguir direcionada para um forno para preaquecimento. A mistura pode incluir uma série de diferentes componentes com diferentes viscosidades, alguns componentes podem até mesmo ser sólidos à temperatura amPetição 870170006373, de 30/01/2017, pág. 39/67
34/49 biente. Pelo aquecimento, a mistura do componente pode ser convertida em uma mistura que pode ser mais facilmente escoada de um sistema de processamento para outro (e de uma extremidade de um sistema de processamento para outra) durante o refino.
[00102] A mistura de hidrocarboneto preaquecida é então enviada a uma torre de destilação, onde o fracionamento dos vários componentes ocorre com aquecimento em uma coluna de destilação. A proporção de energia térmica fornecida à mistura no processo de destilação depende em parte, da composição de hidrocarboneto da mistura, em geral, contudo, se gasta energia significativa no aquecimento da mistura durante a destilação, resfriamento dos destilados, pressurização da coluna de destilação e em outras tais etapas. Dentro de limites, determinadas refinarias são capazes de reconfigurar para manuseio de diferentes misturas de hidrocarboneto para a produção de produtos. Em geral, contudo, devido ao aparelho de refinação relativamente especializado, a capacidade das refinarias em manipular estoques significativamente diferentes é restrita.
[00103] Em algumas modalidades, o pré-tratamento das misturas de hidrocarboneto usando métodos apresentados nas publicações ora incorporadas por referencia, como o pré-tratamento com feixe de íons (e/ou um ou mais pré-tratamentos adicionais) pode incrementar a capacidade de um aparelho de refinação em aceitar as misturas de hidrocarboneto com diferentes composições. Por exemplo, por expor a mistura aos íons incidentes de um feixe de íon, várias propriedades químicas e/ou físicas da mistura podem ser alteradas. Os íons incidentes podem fazer com que as ligações químicas quebrem levando a produção de componentes de hidrocarboneto de menor peso molecular, com menor viscosidade dos componentes mais pesados com maiores viscosidades. Alternativamente, ou além disso, a exposição de alguns componentes aos íons pode levar à isomerização dos compoPetição 870170006373, de 30/01/2017, pág. 40/67
35/49 nentes expostos. Os isômeros recentemente formados podem ter menores viscosidades do que os componentes dos quais eles se formaram. Os componentes de peso molecular mais baixo e/ou os isômeros com menores viscosidades podem então ser introduzidos na refinação, permitindo o processamento de misturas que podem não resultar em adequadas para o processamento inicial.
[00104] Em geral, os vários componentes das misturas de hidrocarboneto destilam a diferentes faixas de temperatura, correspondendo a diferentes alturas verticais em uma coluna de destilação. Tipicamente, por exemplo, uma coluna de destilação de refinação incluirá correntes de produto em uma grande escala de diferentes faixas de temperatura, com o menor ponto de ebulição (e, geralmente menor peso molecular) de componentes arrastados do topo da coluna, e o maior ponto de ebulição, componentes de peso molecular mais pesados, arrastados dos níveis mais baixos da coluna. Como exemplo, destilados leves extraídos de regiões superiores da coluna, incluem, tipicamente, um ou mais dentre gasolina de aviação, gasolina de motor, naftas, querosene e óleos refinados. Destilados intermediários removidos da região mediana da coluna podem incluir um ou mais dentre gasolina, óleo pesado de forno, e óleo combustível diesel. Destilados pesados, que são em geral, extraídos dos níveis inferiores da coluna, podem incluir um ou mais óleos lubrificantes, graxa, óleos pesados, cera e estoque de craqueamento. Os resíduos que permanecem no condensador podem incluir uma série de componentes com alto ponto de ebulição tais como óleo lubrificante, óleo combustível, vaselina, óleos de estrada, asfalto, e coque do petróleo. Alguns outros produtos também podem ser extraídos da coluna, incluindo gás natural (que pode ser ainda refinado e/ou processado para produzir componentes tais como combustível de aquecimento, gasolina natural, gás de petróleo liquefeito, negro de fumo e outros petroquímicos) em como vários subprodutos (incluindo por
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36/49 exemplo, fertilizantes, amônia e ácido sulfúrico).
[00105] Em geral, o tratamento das misturas de hidrocarboneto empregando os métodos apresentados (incluindo, por exemplo, tratamento com feixe de íons, sozinho ou em combinação com um ou mais de outros métodos) pode ser empregado para modificar pesos moleculares, estruturas químicas, viscosidades, solubilidades, densidades, pressões de vapor, e outras propriedades físicas dos materiais tratados. Íons típicos que podem ser usados para tratamento das misturas de hidrocarboneto podem incluir prótons, íons de carbono, íons de oxigênio, e quaisquer outros tipos de íons aqui expostos. Além disso, os íons empregados no tratamento das misturas de hidrocarboneto podem incluir íons de metal, particularmente, íons de metais que catalisam alguns processos de refinaria, (por exemplo, craqueamento catalítico) podem ser empregados no tratamento das misturas de hidrocarboneto. Íons metálicos exemplares incluem sem limitação a estes, íons de platina, íons de paládio, íons de irídio, íons de ródio, íons de rutênio, íons de alumínio, íons de rênio, íons de tungstênio, e íons de ósmio.
[00106] Em algumas modalidades, podem ser usadas múltiplas etapas de exposição a íons. Uma primeira exposição a íons pode ser empregada para tratar uma mistura de hidrocarboneto para realizar uma primeira mudança em um ou mais dentre peso molecular, estrutura química, viscosidade, densidade, pressão de vapor, solubilidade e outras propriedades. A seguir, uma ou mais exposições adicionais a íon podem ser usadas para realizar alterações adicionais nas propriedades, Como um exemplo, a primeira exposição a íon ainda pode ser usada para converter uma fração substancial de um ou mais dentre alto ponto de ebulição, componentes pesados, para compostos de menor peso molecular, com menores pontos de ebulição. A seguir, uma ou mais exposições a íon adicionais podem ser usadas para ocaPetição 870170006373, de 30/01/2017, pág. 42/67
37/49 sionar a precipitação das quantidades restantes dos componentes pesados da mistura de componentes.
[00107] Em geral, um grande número de diferentes protocolos de processamento pode ser implementado, de acordo com a composição e as propriedades físicas da mistura. Em determinadas modalidades, as múltiplas exposições a íon podem incluir exposições a apenas um tipo de íons. Em algumas modalidades, as múltiplas exposições a íons podem incluir exposições a mais de um tipo de íon. Os íons podem ter as mesmas cargas, ou diferentes amplitudes de carga, e/ou sinais. [00108] Em determinadas modalidades, a mistura e/ou os componentes da mesma podem ser escoados durante exposição ao feixe de íons. A exposição durante o fluxo pode aumentar muitíssimo a produção do processo de exposição, permitindo a integração linear com outros processos de refinaria com base em fluxo.
[00109] Em algumas modalidades, as misturas de hidrocarboneto e/ou os componentes das mesmas podem ser funcionalizados durante exposição aos feixes de íon. Por exemplo, a composição de um ou mais feixes de íon pode ser selecionada para encorajar a adição de grupos funcionais particulares a determinados componentes ou todos os componentes) de uma mistura. Um ou mais agentes funcionalizantes (por exemplo, amônia) podem ser adicionados à mistura para introduzir grupos funcionais particulares. Pela funcionalização da mistura e/ou de seus componentes, a mobilidade iônica dentro dos compostos funcionalizados pode ser aumentada (levando a uma maior penetração iônica eficaz durante a exposição) e as propriedades físicas tais como viscosidade, densidade e solubilidade da mistura e/ou os componentes desta podem ser alterados. Alterando-se uma ou mais propriedades físicas da mistura e/ou de seus componentes, a eficiência e a seletividade das subsequentes etapas de refinação podem ser ajustadas, e as correntes de produto disponíveis podem ser controladas. Além disPetição 870170006373, de 30/01/2017, pág. 43/67
38/49 so, a funcionalização dos componentes de hidrocarboneto pode levar a uma melhor eficiência de ativação dos catalisadores usados nas etapas subsequentes de refinação.
[00110] Em geral, os métodos aqui apresentados, incluindo a exposição a feixe de íons da mistura de hidrocarboneto e componentes podem ser realizados antes, durante ou depois de qualquer uma das outras etapas de refinação aqui apresentadas, e/ou antes, durante ou após de qualquer uma das outras etapas usadas para obter os hidrocarbonetos de fontes primárias. Os métodos aqui apresentados também podem ser usados após a completa refinação e/ou antes de começar a refinação.
[00111] Em algumas modalidades, quando as mistura de hidrocarboneto e/ou seus componentes ficam expostos a um ou mais feixes de íon, o material exposto também pode ser exposto a um ou mais gases concorrentes com a exposição ao feixe de íons. Determinados componentes das misturas como componentes que incluem anéis aromáticos, podem ser relativamente mais estáveis à exposição ao feixe de íons do que os componentes não aromáticos. Tipicamente, por exemplo, a exposição ao feixe de íons conduz à formação de intermediários reativos como radicais dos hidrocarbonetos. O hidrocarboneto pode então reagir com outros hidrocarbonetos menos reativos. A fim de reduzir o peso molecular médio do material exposto, as reações entre os produtos reativos e os hidrocarbonetos menos reativos conduzem a eventos de quebra de pontes moleculares, produzindo fragmentos de menor peso de moléculas de cadeia longa. Contudo, os intermediários reativos mais estáveis, (por exemplo, intermediários de hidrocarboneto aromático) podem não reagir com outros hidrocarbonetos e podem mesmo sofrer polimerização, levando à formação de compostos mais pesados. Para reduzir a extensão de polimerização nas misturas de hidrocarboneto expostas ao feixe de íons, um ou mais resfriadores
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39/49 bruscos de radical podem ser introduzidos antes, durante e/ou após a exposição de feixe de íons. Os resfriadores bruscos de radical podem capear os intermediários reativos, prevenindo assim, a nova formação de ligações químicas que foram quebradas pelos íons incidentes. Resfriadores de radical adequados incluem doadores de hidrogênio como gás hidrogênio.
[00112] Em determinadas modalidades, os compostos reativos podem ser introduzidos durante a exposição ao feixe de íons para promover mais degradação dos componentes de hidrocarboneto. Os compostos reativos podem auxiliar nas várias reações de degradação (por exemplo, quebra de ligação) levando a uma redução no peso molecular do material exposto. Um componente reativo exemplar é o ozônio, que pode ser introduzido diretamente como um gás, ou gerado in situ através de aplicação de uma alta voltagem a um suprimento de gás contendo oxigênio (por exemplo, gás oxigênio ou ar) ou exposição ao suprimento de gás contendo oxigênio a um feixe de íons e/ou um feixe de elétrons. Em algumas modalidades, a exposição ao feixe de íons das misturas de hidrocarboneto e/ou de seus componentes na presença de um fluido como gás oxigênio ou ar pode levar à formação de gás ozônio, que também ajuda na degradação do material exposto. [00113] Antes de e/ou seguinte à destilação em uma refinaria, as misturas de hidrocarboneto e/ou seus componentes podem passar por uma variedade de outros processos de refinaria para purificar os componentes e;/ou converter os componentes em outros produtos. Nos parágrafos a seguir, determinadas etapas de refinaria adicionais estão esboçadas, sendo descrito o emprego dos métodos aqui apresentados em combinação com as etapas de refinaria adicionais.
[00114] Craqueamento Catalítico [00115] O craqueamento catalítico é um processo de refinação bastante empregado em que óleos pesados são expostos ao calor e à
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40/49 pressão, na presença de um catalisador para promover o craqueamento (por exemplo, conversão a produtos de peso molecular mais baixo). Originalmente, o craqueamento era realizado termicamente, porém o craqueamento térmico foi, em grande parte, substituído pelo craqueamento catalítico, devido ao maior rendimento da gasolina (com maior octanagem) e menor rendimento de óleo combustível pesado e gases leves. A maioria dos processos de craqueamento catalítico podem ser classificados como processos de leito em deslocamento ou de leito fluidizado, com os processos de leito fluidizados sendo mais prevalecentes. O fluxo do processo é geralmente como a seguir. Um material de alimentação de óleo quente é contatado com o catalisador seja em uma linha de elevação da alimentação ou direto ao reator. Durante a reação de craqueamento, a formação de coque na superfície do catalisador desativa progressivamente o catalisador. O catalisador e os vapores de hidrocarboneto sofrem separação mecânica, e o óleo restante no catalisador é removido por extração a vapor. O catalisador então ingressa em um regenerador, onde ele é reativado por queima cuidadosa de depósitos de coque no ar. Os vapores de hidrocarboneto são direcionados a uma torre de fracionamento para separação em correntes de produto e faixas de ebulição particulares.
[00116] As unidades de craqueamento mais antigas (por exemplo, 1965 e antes disto) eram tipicamente planejadas com um leito de catalisador fluidizado de fase densa separado no vaso do reator, e operado de modo que a maior parte do craqueamento ocorria no leito do reator. A extensão do craqueamento era controlada por variação da profundidade do leito de reator (por exemplo, tempo) e temperatura. A adoção de catalisadores de zeólito mais reativos conduziu a projetos de reator modernos e melhores em que o reator é operado como um separador para separar o catalisador e os vapores de hidrocarboneto e controlar o processo de craqueamento, que é adquirido por aceleração do cataPetição 870170006373, de 30/01/2017, pág. 46/67
41/49 lisador regenerado em uma dada velocidade em um reator-içador( antes de introduzi-lo ao içador e injetar o material de alimentação ao içador.
[00117] Os métodos aqui descritos podem ser usados antes, durante e/ou depois do craqueamento catalítico para tratar componentes de hidrocarboneto derivados de fontes alternativas tais como xisto betuminoso, areias petrolíferas e areias betuminosas. Em particular, a exposição ao feixe de íons (sozinho, ou em combinação com outros métodos) pode ser empregada para pré-tratamento dos hidrocarbonetos antes da injeção ao içador, para tratar os hidrocarbonetos (incluindo vapores de hidrocarboneto) durante o craqueamento e/ou tratar os produtos do processo de craqueamento catalítico.
[00118] Os catalisadores de craqueamento tipicamente incluem materiais tais como aluminossilicatos naturais tratados com ácido, combinações de sílica-alumina sintética amorfa e catalisadores de sílica alumina sintética cristalina (por exemplo, zeólitos. Durante o processo de craqueamento catalítico, os componentes de hidrocarboneto podem ficar expostos a íons de um ou mais feixes de íons para aumentar a eficiência desses catalisadores. Por exemplo, os componentes de hidrocarboneto podem ficar expostos a um ou mais diferentes tipos de íons metálicos que melhoram a atividade do catalisador, por participação nas reações catalíticas. Alternativamente, ou além disso, os componentes de hidrocarboneto podem ficar expostos a íons que realizam a limpeza típica de venenos do catalisador tais como compostos de nitrogênio, ferro, níquel, vanádio e cobre, para garantir uma eficiência elevada de catalisador permanente. Além disso, os íons podem reagir com o coque que se forma nas superfícies do catalisador para remoção do coque (por exemplo, por processos como crepitação, e/ou através de reações químicas) seja durante o craqueamento ou durante a regeneração do catalisador.
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ALQUILAÇÃO [00119] Na terminologia do petróleo, alquilação refere-se à reação de olefinas de baixo peso molecular com uma isoparafina (por exemplo, isobutano) para formar isoparafinas de maior peso molecular. A alquilação pode ocorrer em alta temperatura e pressão sem catalisadores, porém implementações comerciais, tipicamente incluem alquilação a baixa temperatura na presença de, ou um catalisador de ácido sulfúrico ou um catalisador de ácido fluorídrico. Processos com ácido sulfúrico são em geral mais sensíveis à temperatura do que os processos à base de ácido fluorídrico, devendo-se tomar cuidado para minimizar reações de oxirredução que levam à formação de alcatrão e dióxido de enxofre. Em ambos os processos, o volume de ácido usado é tipicamente, e aproximadamente igual à carga de hidrocarboneto líquido, e o vaso de reação é pressurizado a fim de manter os hidrocarbonetos e o ácido em um estado líquido. Tempos de contato são em geral de cerca de 10 a 40 minutos, com agitação para promover o contato entre o ácido e as fases de hidrocarboneto. Caso as concentrações de ácido fiquem abaixo de cerca de 88% em peso de ácido sulfúrico ou ácido fluorídrico, pode ocorrer a polimerização excessiva nos produtos de reação. O uso de grandes volumes de ácidos fortes torna os processos de alquilação mais onerosos e potencialmente perigosos. [00120] Os métodos aqui descritos podem ser usados antes, durante, e/ou depois da alquilação para tratar os componentes de hidrocarboneto derivados de fontes alternativas, como xisto betuminoso, areias petrolíferas e areias de alcatrão. Em particular, a exposição ao feixe de íons (individual, ou em combinação com outros métodos) durante alquilação pode ajudar na reação de adição entre olefinas e isoparafinas. Em algumas modalidades, a exposição ao feixe de íons dos componentes de hidrocarboneto pode reduzir ou até mesmo, eliminar a necessidade de catalisadores de ácido sulfúrico e/ou ácido fluorídrico,
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43/49 reduzindo o custo e a natureza perigosa do processo de alquilação. Os tipos de íons, o número de exposições ao feixe de íons, a duração da exposição, e o atual feixe de íons pode ser ajustado para, de preferência, encorajar reações de adição 1+1 entre as olefinas e isoparafinas, e a desencorajar a ocorrência de reações de polimerização prolongadas.
REFORMA E ISOMERIZAÇÃO CATALÍTICA [00121] Nos processos de reforma catalítica, estruturas moleculares de hidrocarboneto são rearranjadas para formar aromáticos com maior octana para produção da gasolina; ocorrendo uma quantidade relativamente menor de craqueamento. A reforma catalítica aumenta principalmente a octanagem da gasolina do motor.
[00122] Material de alimentação típico para reformadores catalíticos são naftas pesadas lineares e naftas hidrocraqueadoras pesadas, incluindo parafinas, olefinas, naftenos e aromáticos. As parafinas e naftenos sofrem dois tipos de reações durante a conversão de componentes de maior octana: ciclização e isomerização. Tipicamente, as parafinas são isomerizadas e convertidas em alguma extensão, em naftenos. Os naftenos são a seguir convertidos em aromáticos. As olefinas são saturadas para formar parafinas, que então reagem como acima. Os aromáticos permanecem essencialmente inalterados.
[00123] Durante a reforma, as reações principais que levam à formação de aromáticos são reações de desidrogenação de naftenos e de-hidrociclização de parafinas. Os métodos aqui descritos podem ser usados antes, durante e/ou após a reforma catalítica para tratar os componentes de hidrocarboneto derivados de fontes alternativas tais como xisto betuminoso, areias petrolíferas e areias de alcatrão. Em particular, a exposição ao feixe de íons (individual ou em combinação com outros métodos) pode ser usada para iniciar e manter reações de desidrogenação de naftenos e/ou reações de de-hidrociclização de
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44/49 parafinas para formar hidrocarbonetos aromáticos. Exposições simples ou múltiplas dos componentes de hidrocarboneto a um ou mais diferentes tipos de íons pode ser usada para melhorar o rendimento dos processos de reforma catalítica. Por exemplo, em algumas modalidades, reações de desidrogenação e/ou reações de de-hidrociclização prosseguem através de uma abstração de hidrogênio inicial. A exposição a íons básicos negativamente carregados pode aumentar a taxa à qual essas abstrações ocorrem, promover reações de desidrogenação mais eficientes e/ou reações de de-hidrociclização. Em algumas modalidades, reações de isomerização podem prosseguir eficazmente em meios ácidos, e a exposição a íons ácidos positivamente carregados, (por exemplo, prótons) pode aumentar a taxa de reações de isomerização.
[00124] Os catalisadores empregados na reforma catalítica incluem, em geral, platina suportada em uma base de alumina. Pode-se combinar rênio com platina para formar catalisadores mais estáveis que permitam operações com menor pressão do processo de reforma. Sem querer estar ligado por teoria, acredita-se que a platina presta-se com um sítio de catalisador para reações de hidrogenação e desidrogenação, e alumina clorada propicia um meio ácido para isomerização, ciclização e reações de hidrocraqueamento. Em geral, a atividade catalítica é reduzida por deposição de coque e/ou perda de cloreto do suporte de alumina. A restauração da atividade do catalisador pode ocorrer através de oxidação à alta temperatura do coque depositado, seguido por cloração do suporte.
[00125] Em algumas modalidades, a exposição ao feixe de íon pode aumentar a eficiência dos processos de reforma catalítica pelo tratamento dos materiais catalíticos, durante e/ou após ocorrerem reações de reforma. Por exemplo, partículas de catalisador podem ser expostas a íons que reagem com e oxidam o coque depositado nas
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45/49 superfícies do catalisador, remover o coque e manter/retornar o catalisador a seu estado ativo. Os íons podem também reagir diretamente com o coque não depositado na reforma do reator, prevenindo a deposição sobre as partículas do catalisador. Além disso, o suporte de alumina pode ser exposto a íons apropriadamente escolhidos (por exemplo, íons de cloro) para a recloração da superfície do suporte. Mantendo-se o catalisador no estado ativo por períodos mais longos e/ou retirada subprodutos da reforma, a exposição ao feixe de íons pode levar a uma produção aumentada e/ou custos de operação reduzidos dos processos de reforma do catalisador.
HIDROCRAQUEAMENTO CATALÍTICO [00126] O hidrocraqueamento catalítico, um processo de contraparte ao craqueamento catalítico comum, é em geral aplicado a componentes de hidrocarboneto resistentes ao craqueamento catalítico. Um craqueador catalítico recebe, tipicamente, como material de introdução, gasóleos parafínicos mais facilmente craqueados, atmosféricos a vácuo como material de carga. Os hidrocraqueadores, em contraste, recebem tipicamente, óleos de ciclo aromático e destilados de coque como material de alimentação. As pressões e a atmosfera de hidrogênio mais altas dos hidrocraqueadores tornam esses componentes relativamente fáceis de submeter ao craqueamento.
[00127] Em geral, embora muitas reações químicas simultâneas diferentes ocorram em um hidrocraqueador catalítico, o mecanismo químico global é aquele do craqueamento catalítico com hidrogenação. Em geral, a reação de hidrogenação é exotérmica e propicia calor para as reações de craqueamento endotérmicas (típicas); o excesso de calor é absorvido por gás hidrogênio frio injetado ao hidrocraqueador. As reações de hidrocraqueamento são tipicamente realizadas a temperaturas entre 287,7°C - 398,8°C (550 e 75013) e a pressões entre 8275 e 15.200 kPa. A circulação de grandes quantidades de hidroPetição 870170006373, de 30/01/2017, pág. 51/67
46/49 gênio com o material de alimentação ajuda a reduzir a incrustação e a regeneração do catalisador. Material de alimentação de hidrocarboneto é tipicamente tratado com água para remover compostos de enxofre, nitrogênio e metais antes de ingressar no primeiro estágio de hidrocraqueamento, pois cada um desses materiais pode agir como venenos para o catalisador de hidrocraqueamento.
[00128] A maioria dos catalisadores de hidrocraqueamento inclui uma mistura cristalina de sílica-alumina com uma proporção pequena, relativamente uniforme distribuída de um ou mais metais de terras raras (por exemplo, platina, paládio, tungstênio, e níquel) contida na rede cristalina. Sem querer estar ligado por qualquer teoria, acredita-se que a parte sílica-alumina do catalisador propicia atividade de craqueamento e os metais de terras raras promovem a hidrogenação. Temperaturas de reação são em geral elevadas quando a atividade do catalisador diminui durante o hidrocraqueamento para manter a taxa de reação e a taxa de conversão do produto. A regeneração do catalisador é geralmente realizada por retirada dos depósitos que se acumulam na superfície do catalisador.
[00129] Os métodos aqui descritos podem ser usados antes, durante e/ou após o hidrocraqueamento catalítico para tratar os componentes de hidrocarboneto derivados de fontes alternativas tais como xisto betuminoso, areias petrolíferas e areias de alcatrão. Em particular, a exposição ao feixe de íons (sozinha ou em combinação com outros métodos) pode ser usada para iniciar a hidrogenação e/ou processos de craqueamento. Exposições simples ou múltiplas dos componentes de hidrocarboneto a um ou mais diferentes tipos de íons pode ser usada para melhorar o rendimento do hidrocraqueamento dimensionandose as condições de exposição específicas para as várias etapas do processo. Por exemplo, em algumas modalidades, os componentes de hidrocarboneto podem ficar expostos a íons de hidreto para ajudar no
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47/49 processo de hidrogenação. Os processos de craqueamento podem ser promovidos por exposição dos componentes a íons reativos tais como prótons e/ou íons de carbono.
[00130] Em algumas modalidades, a exposição ao feixe de íons pode melhorar a eficiência dos processos de hidrocraqueamento pelo tratamento dos materiais de catalisador durante e/ou após ocorrer o craqueamento. Por exemplo, as partículas do catalisador podem ficar expostas a íons que reagem com e oxidam depósitos nas superfícies do catalisador, remover os depósitos e manter/ retornar o catalisador no seu estado ativo. Os componentes de hidrocarboneto podem ainda ficar expostos a íons que correspondem a alguns ou a todos os metais usados para o hidrocraqueamento, incluindo platina, paládio, tungstênio e níquel. Esta exposição aos íons catalíticos aumenta o coeficiente geral do processo de hidrocraqueamento.
(IV) OUTROS PROCESSOS [00131] Uma variedade de outros processos que ocorrem no decurso da refinação de óleo bruto pode ainda ser melhorada ou suplantada pelos métodos aqui apresentados. Por exemplo, os métodos incluindo o tratamento com feixe de íons dos componentes do óleo bruto, podem ser usados antes, durante e/ou após os processos de refinação tais como coque, tratamentos térmicos (incluindo craqueamento térmico) hidroprocessamento e polimerização a fim de melhorar a eficiência e os rendimentos gerais, e ainda reduzir material para descarte gerada desses processos.
EXPOSIÇÃO AO FEIXE DE PARTÍCULA EM FLUIDOS [00132] Em alguns casos, os materiais contendo hidrocarboneto podem ser expostos a um feixe de partícula na presença de um ou mais fluidos adicionais (por exemplo, gases e/ou líquidos). A exposição de um material a um feixe de partícula na presença de um ou mais fluidos adicionais pode aumentar a eficiência do tratamento.
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48/49 [00133] Em algumas modalidades, o material é exposto a um feixe de partícula na presença de um fluido como ar. As partículas aceleradas em qualquer um ou mais dos tipos de aceleradores aqui apresentados (ou um outro tipo de acelerador) são acopladas para fora do acelerador através de um orifício de saída (por exemplo, uma membrana delgada como uma folha de metal) passam através de um volume de espaço ocupado pelo fluido, e a seguir incidem sobre o material. Além disso, para tratamento direto do material algumas das partículas geram espécies químicas adicionais interagindo com as partículas do fluido (por exemplo, íons e/ou radicais gerados de vários constituintes do ar, tais como ozônio e óxidos de nitrogênio). Essas espécies químicas geradas também podem interagir com o material, podendo agir como iniciadoras de uma série de diferentes reações de quebra de ligação química no material. Por exemplo, qualquer oxidante produzido pode oxidar o material, que pode resultar em redução do peso molecular.
[00134] Em determinadas modalidades, fluidos adicionais podem ser seletivamente introduzidos no passo de um feixe de partícula antes do feixe incidir sobre o material. Como acima, as reações entre as partículas do feixe e as partículas dos fluidos introduzidos podem gerar espécies químicas adicionais, que reagem com o material podendo ajudar na funcionalização do material e/ou de outro modo, alterar, seletivamente, algumas propriedades do material. O um ou mais fluidos adicionais podem ser direcionados ao passo do feixe de um tubo de suprimento, por exemplo. A direção e a velocidade de fluxo dos fluidos que são introduzidos podem ser selecionadas de acordo com a taxa de exposição desejada e/ou direção, a fim de controlar a eficiência do tratamento geral, incluindo os efeitos que resultam de, tanto tratamento a base de partícula, e os efeitos devidos à interação das espécies dinamicamente geradas do fluido introduzido junto com o material.
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Além do ar, fluidos exemplares podem ser introduzido são feixe de íons, os quais incluem oxigênio, nitrogênio, um ou mais gases nobres, um ou mais halogênios e hidrogênio.
ÁGUA DE PROCESSO [00135] Nos processos aqui apresentados, onde quer que se empregue água nos processos, ela pode ser águas servidas, por exemplo, águas servidas municipais, ou água de esgoto. Em algumas modalidades, a água servida ou de esgoto é esterilizada antes do uso. A esterilização pode ser realizada por qualquer técnica desejada, por exemplo, por irradiação, vapor ou esterilização química.
OUTRAS MODALIDADES [00136] Foram descritas várias modalidades da invenção. Não obstante, ficará entendido que várias modificações podem ser feitas sem se afastar do espírito e escopo da invenção. Portanto, outras modalidades podem ser vistas no escopo das reivindicações apensas.
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Claims (2)
- REIVINDICAÇÕES1. Método, caracterizado pelo fato de que compreende: extrair um material contendo hidrocarboneto de uma formação contendo hidrocarboneto que foi irradiada in situ.
- 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a formação contendo hidrocarboneto foi irradiada com uma dose de pelo menos 0,5 megarads de radiação.Petição 870170006373, de 30/01/2017, pág. 56/671/4100
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