ES2258341T3

ES2258341T3 - Procedimiento para la conversion de hidrocarburos pesados en liquidos.

Info

Publication number: ES2258341T3
Application number: ES99951827T
Authority: ES
Inventors: Pierre Jorgensen
Original assignee: World Energy Systems Corp
Current assignee: World Energy Systems Corp
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2019-10-07
Also published as: UA66875C2; KR100684141B1; CY1106094T1; PL191375B1; EA003082B1; WO2000023540A1; EA200100399A1; ID29093A; NO20011828L; US20050211602A1; OA12680A; US20120055847A1; CA2346181A1; ATE324422T1; KR20010089310A; NZ510706A; US6989091B2; CU23154A3; PL347248A1; EP1129153A1

Abstract

Procedimiento para la conversión de una carga que consiste en crudos de elevada densidad y elevada viscosidad, residuos atmosféricos (Rat), residuos a vacío (RaV) o destilados pesados en un líquido (gasolina, gasóleo u otro combustible líquido), comprendiendo dicho procedimiento: precalentar la carga hasta una temperatura a la que no tiene lugar coquización; pulverizar la carga precalentada a un inyector; precalentar vapor de agua a una temperatura de 600 a 800ºC; suministrar el vapor de agua precalentado al inyector a una razón de vapor de agua con respecto a carbono en la carga de al menos 0, 7 y expandir el vapor de agua precalentado de manera adiabática en el inyector para formar un chorro de vapor de agua y carga pulverizada que no entra en contacto con ninguna pared de material del inyector y llegándose a transferir la energía cinética del vapor de agua a la carga pulverizada para hacer que se rompan las moléculas pesadas en la carga, siendo la energía suministrada a la carga medianteprecalentamiento y la energía cinética del chorro apenas suficiente para iniciar la ruptura de las moléculas de la carga en dos para formar moléculas más ligeras y de ese modo provocar dicha conversión, siendo la ruptura endotérmica y consumiendo dicha energía cinética; suministrar la carga y el vapor de agua del inyector después de que la carga haya entrado en contacto con el vapor de agua precalentado directamente a un reactor que está vacío y sin catalizador para alcanzar un equilibrio termodinámico, estando el reactor a de 440 a 520ºC y a de 20 a 30 bar; expandir el contenido del reactor hasta una presión inferior y suministrar el contenido expandido del reactor directamente al menos a un extractor.

Description

Procedimiento para la conversión de hidrocarburos pesados en líquidos.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a la conversión de hidrocarburos y más particularmente a convertir hidrocarburos pesados en hidrocarburos ligeros que pueden separarse en fracciones de productos convencionales.

Antecedentes de la invención

Se conoce ampliamente que los procesos de refino dejan residuos pesados que son poco útiles o sólidos, que encuentran pocos usuarios y pocas salidas. También se conoce ampliamente que los pozos petrolíferos a menudo encuentran depósitos que contienen crudos que se caracterizan por una densidad muy elevada y una viscosidad muy elevada, y que por tanto son difíciles de transportar como tales. Estos crudos se caracterizan también por un contenido rico en metales tales como níquel y vanadio, sedimentos y lodos, azufre, sal, para mencionar solamente las impurezas principales, que constituyen un veneno para cualquier tipo de catalizador. Además, independientemente de lo que se haga, es imposible evitar completamente los depósitos de estos componentes sobre todo lo que entra en contacto con estos crudos. Así se entiende que si se usa cualquier catalizador, toda su superficie y todos sus poros estarán cubiertos rápidamente y el catalizador estará completamente inactivo: entonces sólo ocuparía espacio en el reactor, incluso corriendo el riesgo de taponarlo si se acumulan granos en el catalizador por el cemento constituido por los sedimentos, níquel, vanadio, asfaltos, carbono producido, etc.

Somos conscientes de procesos tales como el CCF (craqueo catalítico en lecho fluidizado), que intenta tratar los depósitos de carbono quemándolos en un regenerador, pero esto requiere una circulación compleja de catalizador entre el reactor y el regenerador. Además, la circulación de dicho catalizador origina problemas de erosión difíciles, a través de tanto el desgaste real de la materia en sí, que a veces se perfora, como el del catalizador, que una vez desgastado, produce polvos peligrosos para cualquier ser humano que ningún filtro puede parar, sin importar lo grande y avanzado que sea. Tras todas las limitaciones encontradas y los compromisos que hay que hacer, este tipo de unidad sólo puede tratar destilados a vacío (DaV), esto es mediante la eliminación de la alimentación de los residuos a vacío (RaV) en los se concentran los metales, sedimentos, etc. Además, el regenerador para quemar el carbono formado requiere una temperatura mínima de aproximadamente 700ºC para que la combustión tenga lugar. El catalizador que deja el regenerador vuelve al reactor a esta temperatura indeseablemente elevada y da origen a una producción abundante de productos gaseosos, así como a productos pesados altamente aromáticos en los que se ha perdido una cantidad importante de hidrógeno en el primer contacto con el catalizador sobrecalentado. Además, es imposible cambiar el espectro de distribución de los productos líquidos de conversión, que por otra parte, van acompañados de una cantidad importante de C_{1} C_{2} gaseosos y GPL (C_{3}, C_{4}).

El CCF sólo cambia la distribución del carbono y del hidrógeno en las moléculas: toma el hidrógeno de las moléculas de elevado peso molecular (temperatura de ebullición elevada) para originar moléculas ligeras, pero C_{4}, C_{3}, C_{2} y, en particular, C_{1}(CH_{4}) toman una gran parte del hidrógeno. Hay incluso una descarga de hidrógeno puro. Como resultado, las fracciones pesadas conocidas como HCO son pobres en hidrógeno y no pueden recircularse para una conversión mejorada. Por tanto, la conservación de una buena razón hidrógeno/carbono durante la conversión es
vital.

El fin del hidrocraqueo es precisamente aumentar la razón H/C mediante la adición de hidrógeno a la alimentación de una manera eficaz. Este proceso consume hidrógeno y por tanto requiere el uso de una unidad de producción de hidrógeno que utiliza mucha energía y materia que contiene hidrocarburos gaseosos (generalmente con una descarga de CO_{2} si se utiliza C_{n}H_{(2n+2)} como punto de partida). Además, el hidrógeno se vuelve reactivo sólo a presiones superiores a 100 bar; esto impone una construcción con espesores muy elevados. Por ejemplo, la presencia de hidrógeno a temperaturas del orden de 450ºC combinadas con presiones de 150 bar, presenta problemas técnicos y de fabricación difíciles, en particular con respecto a la naturaleza de los aceros de aleación especial que son apropiados para estas aplicaciones. Por otra parte, los productos de conversión saturados en hidrógeno son altamente parafínicos y por tanto dan lugar a gasolinas con un índice de octano bajo. Por tanto, es necesario utilizar un convertidor catalítico que elimina el hidrógeno con el fin de aumentar el índice de octano. En estos funcionamientos parece paradójico comenzar añadiendo hidrógeno a los productos con gran dificultad para luego estar obligado a eliminar el mismo. Por tanto, es fácil entender por qué es importante evitar los funcionamientos inútiles que implican un contenido en
hidrógeno.

Se ha llevado a cabo una investigación para crear hidrógeno activo, denominado H., con el fin de incorporar el mismo a las alimentaciones pobres en hidrógeno. La creación de dicho hidrógeno activo requiere mucha energía que se devuelve en el momento de la reacción final y "hace explotar" las moléculas de hidrocarburo en cuestión, posiblemente liberando carbono. Como consecuencia, en lugar de incorporar hidrógeno a la alimentación, se generan gases insaturados (generalmente del 20 al 40% de la alimentación) desechando el hidrógeno en general.

Se ha llevado a cabo otra investigación sobre la hidropirólisis de residuos de aceite y de aceites pesados utilizando hidrógeno sobrecalentado hasta 1.100 - 1.200ºC y a 40 bar, con tiempos de reacción de 60 segundos, véase B. Schütze y H. Hofman, Ergol und Kohle-Erdgas-Petrochemie vereinigt mit Brennstoff-Chemie 1983, 36 nº 10, 457 - 461. Los productos obtenidos siempre comprenden proporciones de gas elevadas (del 12 al 27%) y una cantidad de coque grande. Desde un punto de vista termodinámico, estos dos enfoques son ineficaces, tal como se confirma mediante todos los resultados prácticos obtenidos (producción en exceso de gas y coque).

Se conoce ampliamente que las moléculas que componen residuos a vacío (RaV) pueden "agitarse" térmicamente con un separador de viscosidad (o desviscosificador), con el fin de "romper" la viscosidad. Esto genera una pequeña producción adicional de alimentación que generalmente se convierte con el CCF. Entonces se tiene un residuo de desviscosificador que se denomina generalmente residuo de desviscosificador instantáneo (RDI) que sólo puede utilizarse como un combustible industrial pesado si se añaden productos ligeros tales como gasóleo o LCO (gasóleo de CCF) al mismo con el fin de alcanzar una viscosidad normal.

Estos ejemplos ilustran la complejidad de las operaciones de refino con tratamientos y retratamientos imbricados. El estado físico de la materia (líquido, sólido o gas) en condiciones normales de temperatura próxima a los 20ºC, y presión próxima a 1 atmósfera debe recibir mucha atención.

También se conocen coquizadores que tratan el residuo para liberar los líquidos mientras desechan el carbono sólido, que tendrá las mismas aplicaciones que el carbón (también con las mismas dificultades). Se conocen los intentos de mejora llevados a cabo con el Flexicoker, que actualmente consisten en gasificar el coque producido. La gasificación requiere una instalación tan grande como la que se requiere para la coquización. Satura la refinería con un gas combustible letal que debe exportarse o utilizarse para otros fines que los estrictamente requeridos para las operaciones de refino (es decir, para producir energía eléctrica). Además se conoce un intento para hidroconvertir RaV conocido como proceso Hycon, que consumiría aproximadamente el 2,3% de hidrógeno. El 41% convertido debe hacerse pasar a través del CCF, con todas las consecuencias que se mencionaron en relación al mismo, en particular con respecto a la fuga directa de H_{2} y a la pérdida de hidrógeno contenido en gases tales como CH_{4} y C_{2}H_{6}. Estos dos procesos son demasiado complejos y en última instancia demasiado difíciles para poner en práctica en una disposición de refino eficaz.

FW (Foster Wheeler) y UOP indicaron el 27 de octubre de 1997, que habían puesto en práctica un proceso catalítico llamado el proceso de acuaconversión en colaboración con Union Carbide, la fuente del catalizador. En la práctica, los problemas generales que son específicos para los catalizadores permanecen intactos. Elf Antar también reivindicó la preparación de un aquazole que contiene el 10 y el 20% de agua, estable sólo desde 15 días hasta un
mes.

El documento DE-A-1049851 (Heinrich Koppers) describe un procedimiento para preparar hidrocarburos gaseosos, especialmente hidrocarburos insaturados de manera olefínica tales como etileno, propileno o butileno a partir de fracciones de aceite mineral con un elevado punto de ebullición mediante el contacto con un gas caliente o vapor. Se dice que se obtienen resultados particularmente favorables si dicho gas caliente o vapor fluye a través de un canal de mezclado a aproximadamente 100 m/s y a una temperatura de 1.100ºC o superior.

El documento US-A-4097366 (Tanaka et al) describe un procedimiento para craquear térmicamente un aceite de hidrocarburo pesado alimentando dicho aceite a un reactor de lecho fluidizado como una corriente atomizada de gas de alta velocidad inyectando dicho aceite en el mismo desde una boquilla de tipo de mezclado de gas junto con un gas atomizante y craqueando térmicamente el aceite a más de 500ºC, empleándose normalmente una temperatura de
500 - 700ºC cuando el producto que quiere obtenerse es fuel-oil; de 700 - 850ºC cuando el producto que quiere obtenerse son olefinas, y de 900 - 1.200ºC, cuando el producto que quiere obtenerse es gas combustible. Sin embargo, inyectando aceite de hidrocarburo pesado en un reactor de lecho fluidizado con una boquilla de tipo de mezclado de gas, existe una dificultad en el hecho de que se forman grandes depósitos de coque en la pared exterior de la boquilla y las paredes del reactor de lecho fluidizado alrededor de la boquilla. Tales depósitos de coque impiden enormemente la dispersión del aceite de hidrocarburo pesado en el lecho fluidizado. La solución descrita comprende la inyección de un gas inerte libre de partículas a una parte turbulenta formada en los alrededores de dicho vapor de agua gaseoso atomizado en dicho reactor de lecho fluidizado a una velocidad suficiente para obstaculizar la formación de corrientes turbulentas, evitando de ese modo la acumulación de los depósitos de coque en la pared exterior de dicha boquilla y las paredes del reactor de lecho fluidizado alrededor de dicha boquilla.

El documento US-A-4832822 (Bernard et al) describe un procedimiento para craquear hidrocarburos en el que se forma el gas de combustión in situ y contiene vapor de agua. Además, el gas de combustión proporciona la energía mecánica necesaria para producir in situ la superficie de transferencia así como la energía térmica necesaria para la operación de craqueo de manera que se realiza el intercambio de calor sin la desventaja de una superficie de intercambio de calor tubular, y se someten el gas de combustión y la materia prima a un mezclado intensivo. El procedimiento descrito comprende:

generar in situ una corriente de gases de combustión calientes incluyendo vapor de agua como una corriente de flujo helicoidal axialmente simétrica aguas abajo mediante la combustión de reactivos que producen vapor de agua en una primera zona de reacción de combustión;

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Sumario de la invención

La presente invención proporciona un procedimiento para la conversión de una carga que consiste en crudos de elevada densidad y elevada viscosidad, residuos atmosféricos (Rat), residuos a vacío (RaV) o destilados pesados en un líquido (gasolina, gasóleo u otro combustible líquido), comprendiendo dicho procedimiento:

precalentar la carga hasta una temperatura a la que no tiene lugar coquización;

pulverizar la carga precalentada a un inyector;

precalentar vapor de agua hasta una temperatura de 600 a 800 grados C;

suministrar el vapor de agua precalentado al inyector a una temperatura a una razón de vapor de agua con respecto a carbono en la carga de al menos 0,7 y expandir el vapor de agua precalentado de manera adiabática en el inyector para formar un chorro de vapor de agua y carga pulverizada que no entra en contacto con ninguna pared de material del inyector, llegándose a transferir la energía cinética del chorro a la carga pulverizada para hacer que se rompan las moléculas pesadas en la carga, siendo la energía suministrada a la carga mediante precalentamiento y la energía cinética del chorro de vapor de agua apenas suficiente para iniciar la ruptura de las moléculas de la carga en dos para formar moléculas más ligeras y de ese modo provocar dicha conversión, siendo la ruptura endotérmica y consumiendo dicha energía cinética;

suministrar la carga y el vapor de agua del inyector después de que la carga haya entrado en contacto con el vapor de agua precalentado directamente a un reactor que está vacío y sin catalizador para alcanzar un equilibrio termodinámico, estando el reactor a 440 - 520ºC y a 20 - 30 bar;

expandir el contenido del reactor hasta una presión inferior; y

suministrar el contenido expandido del reactor directamente al menos a un extractor.

Breve descripción de los dibujos

Se aclarará cómo puede efectuarse la invención leyendo la siguiente descripción detallada y en referencia a los dibujos adjuntos en los que:

la figura 1 es una ilustración de la disposición del procedimiento de una unidad según una realización del procedimiento para la conversión con vapor de agua de productos que contienen hidrocarburos,

la figura 2 es una ilustración de un extractor/separador empleado en una realización,

la figura 3 es una ilustración de un inyector empleado en una realización,

la figura 4 es una ilustración de la disposición del procedimiento de una unidad según el procedimiento para la conversión con vapor de agua de productos que contienen hidrocarburos, en un país no árido,

la figura 5 es una ilustración de una planta piloto industrial para convertir aceites y destilados pesados en destilados ligeros, en la que la planta piloto trabaja a una velocidad de suministro total de 5 kg/h, o 2 kg/h de residuo atmosférico o 1,5 kg/h de residuo a vacío,

la figura 6 es una ilustración de una disposición del procedimiento en otra realización,

la figura 7 es una ilustración de una disposición del procedimiento en otra realización,

la figura 8 es una ilustración de una planta piloto industrial en otra realización.

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Esquema de equipos para el procedimiento de conversión de hidrocarburos

En referencia a la figura 1, una realización comprende un procedimiento para la conversión en líquidos (gasolinas, gasóleo, combustibles líquidos) de hidrocarburos que son sólidos o tienen una temperatura de ebullición elevada, cargados con metales, azufre, sedimentos, con la ayuda de vapor de agua precalentado apropiadamente hasta
600 - 800ºC. El procedimiento comprende una alimentación 5 en un calentador 8 hasta una temperatura inferior a la temperatura seleccionada de un reactor 10 de recalentamiento. Esta alimentación se trata con un chorro de vapor de agua sobrecalentado del sobrecalentador 2 para la activación de dicha alimentación, tras lo cual dicha alimentación se inyecta mediante inyectores 4 en el reactor 10 de recalentamiento que está vacío, es decir, sin catalizador. Entonces se permite que los productos activados en la alimentación se estabilicen a la temperatura seleccionada y a una presión seleccionada. Entonces se hacen pasar a través de una serie de extractores 13 para separar los hidrocarburos pesados y ligeros y para desmetalizar la alimentación. Los productos 13.1, 13.2 útiles que aparecen en la forma de emulsiones de agua/hidrocarburo se desemulsionan generalmente en un desemulsificante 16 para formar agua cargada con diferentes impurezas. Se calienta una fase ligera que contiene los hidrocarburos finales en un calentador 98 y se separa en fracciones de productos convencionales, según la demanda para refino mediante un extractor 18
similar al 13.

Reactores - extractores y dispositivos de destilación de producto

Los informes sobre la destilación de productos de conversión mencionan la "regurgitación de productos", la irrupción de agua liberada, barboteo, etc., que, si tuvieran lugar en una unidad de destilación clásica, provocarían la "explosión" de todas las bandejas de destilación y su compactación. Según la característica preferida de la invención, se ha creado un dispositivo que no sólo podía realizar dicho trabajo de destilación sin los problemas mencionados anteriormente, sino que también se podía hacer funcionar como un verdadero reactor - extractor del tipo
mezcladora - decantador.

En referencia a la figura 2, el principio es tal como sigue:

\bullet: los productos enfriados o precalentados apropiadamente se envían a un cilindro de doble carcasa que contiene agua de saturación con vapor de agua, que fija la temperatura de dicha carcasa simplemente fijando la presión de la cámara;

\bullet: se produce vapor de agua cuando se libera calor;

\bullet: se consume vapor de agua cuando se absorbe calor;

\bullet: la presencia de agua de saturación proporciona transferencias importantes de calor con el depósito interno del reactor - extractor.

En esta carcasa doble vertical que es casi isotérmica a la temperatura definida por la temperatura del agua de saturación, se instala un tubo o una serie de tubos verticales, que se elevan, por ejemplo, hasta la mitad de la altura de la doble carcasa. Por tanto, la sección superior está vacía. Actúa como un deflector - decantador seleccionando una velocidad baja de ascenso de gases o productos ligeros, permitiendo que los productos líquidos o pesados caigan a la parte inferior en la forma de niebla o lluvia. Con este fin, sólo es necesario que la velocidad de caída de los productos líquidos o pesados sea mayor que la velocidad de subida de los productos más ligeros. Además, este espacio actúa como alivio de cualquier irrupción repentina de agua o liberación violenta que no podría controlarse apropiadamente. Puesto que está vacío (ninguna compactación en esta zona), no hay riesgo material. Los productos pesados o líquidos permanecen en la parte inferior de la carcasa, entre la carcasa y los tubos verticales. Cuando se rellena el espacio completo entre la carcasa y los tubos, los productos pesados rebosan dentro de los tubos verticales y se recogen en su salida inferior. Por tanto esta extracción es automática y natural.

Los productos entrantes, líquidos o gases, se inyectan en la parte inferior de la carcasa doble en la fase pesada o líquida a una velocidad muy moderada. Por tanto, se dispersan en la fase pesada, mezclándose con la misma en condiciones locales de temperatura y presión; así tienen lugar transferencias de masa a través de las superficies en contacto y se gobiernan mediante las diferencias de concentración en relación con el equilibrio de la fase pesada estacionaria y la fase dispersada entrante. Estos equilibrios se definen tanto mediante la separación física de las fases en presencia de cada una, como mediante los equilibrios químicos lícitos en las condiciones locales existentes. Los productos entrantes enriquecen la fase pesada y se drenan de los compuestos pesados transferidos. Con los compuestos ligeros que pueden generarse, reaparecen en la fase ligera que llena la parte superior de la carcasa, donde se decantan, separándose de las fracciones líquidas o nieblas pesadas que caen a la parte inferior. Este dispositivo es especialmente beneficioso porque puede realizar el equivalente a una destilación mientras funciona como en una extracción líquido - líquido para aceites o asfaltos, o un reactor químico. De hecho, los productos aromáticos tales como furfural tienen potencias de extracción ampliamente conocidas para la extracción de productos aromáticos en la preparación de lubricantes. En cualquier caso, permite separar los efluentes que salen del reactor cuando resulte conveniente, de una manera segura y sin riesgo.

Cuando se disponen varios de estos dispositivos en serie (por ejemplo 22 - 26, figura 4), se llevan a cabo una serie de separaciones que definen perfectamente la naturaleza de los productos extraídos mediante los tubos, según se envían los productos refinados al siguiente dispositivo para la definición de otro extracto.

Debe observarse que con las condiciones de trabajo utilizadas, se lleva a cabo la separación de los destilados atmosféricos del residuo atmosférico a 200ºC a 1 bar, mientras que en una columna de destilación clásica se realizaría a 360ºC.

La configuración proporcionada sólo es para fines informativos y no debe limitarse a la misma, ya que podría llevarse a cabo con numerosas variaciones. Por ejemplo, para la planta piloto de 2 kg/h, puesto que las pérdidas de calor fueron muy elevadas, se adoptó el calentamiento eléctrico de los extractores, en el que se regulaba la temperatura mediante la intensidad del calentador para una velocidad determinada y una alimentación dada. El mismo sistema permitió realizar las extracciones del procedimiento y las destilaciones atmosféricas asociadas de los productos acabados con el fin de tratar cantidades de hasta 50 kg.

El inyector

El inyector de la figura 3 proporciona el establecimiento de un contacto íntimo entre la alimentación precalentada y un chorro de vapor de agua sobrecalentado, y la expansión posterior de la mezcla. El procedimiento inicia el craqueo térmico utilizando la combinación del calor suministrado mediante el precalentamiento y la energía cinética del chorro de vapor de agua, tal como se explica con más detalle a continuación.

Conversión con vapor de agua

En esta versión, véase la figura 4, se introduce agua de la tubería 0 mediante la bomba 1 a través de un flujómetro 52 a un horno de tubo simple o sobrecalentador 2 de vapor de agua mediante un quemador 3. Se envía el calor sobrecalentado a través de una válvula 54 controlada por temperatura al inyector 4. Se almacena la alimentación 5 nueva con la recirculación 14 en una tanque 6. La bomba 7 bombea la mezcla a través de un medidor 51 de carga a un horno 8 de carga de crudo que precalienta todo y lo envía a una entrada del inyector 4. El inyector 4, funcionando tal como se describe a continuación, inyecta todo en el reactor 10.

Bajo el control del regulador 20 de presión, la válvula 12 descarga los productos del reactor liberándolos en el sistema 13 extractor, funcionando a una presión similar a la presión atmosférica. Este sistema extractor, que es similar al mostrado en la figura 1, comprende una serie de etapas 22 - 26 de extracción dispuestas en serie y que tienen las salidas 13.1 a 13.5, que se ajustan desde la temperatura ambiental hasta 360ºC. 13.1 está a temperatura ambiente local, 13.2 se ajusta a alrededor de 100ºC, 13.3 se utiliza para separar los productos útiles (generalmente destilados atmosféricos) de los residuos atmosféricos que no se convirtieron completamente. La salida 13.4 también puede cumplir este fin y, en todos los casos, descompone la separación final de 13.3. La salida 13.5 extrae los productos más pesados que se cargan en exceso con compuestos poliaromáticos y metales sólidos precursores del carbono. Se extrae una fracción 13.52 con el fin de prevenir su acumulación en la instalación, y se utiliza para constituir combustibles líquidos pesados siempre que sean todavía aceptables en este combustible líquido, mientras que la fracción 13.51 restante se recircula en 14, en preparación para una nueva conversión. Los productos 13.2 y 13.1 útiles aparecen en forma de emulsiones altamente estables tal como se describe a continuación. Normalmente están unidos (pero podrían separarse si se desean productos ligeros) y se envían al sistema 15 que rompe la emulsión mecánicamente. Se envían estas emulsiones rotas a un decantador clásico que separa los hidrocarburos 16.1 del agua 16.2 y se extraen las fases 16.3 más pesadas (lodo y sedimentos).

Se envía la fracción 16.1 de hidrocarburos a través de la bomba 17.1 de alimentación y el calentador u horno 17.2 al extractor 18, que separa los hidrocarburos que pueden oxigenarse o hidratarse. (Una destilación clásica correría el riesgo de una "irrupción de agua" peligrosa). Las salidas normales son:

	18.1	PI \, - 100
	18.2	150 - 200
	18.3	200 - 250
	18.4	250 - 300
	18.5	300 - 350
	18.6	350 + (residuo atmosférico)

Los puntos de corte pueden cambiarse modificando la temperatura de los extractores, tal como se explicó en otro momento. Los combustibles líquidos pesados se constituyen mediante los productos 18.6 de salida (residuo atmosférico) y el extracto 13.5. Se utilizan los residuos 15 carbonosos (cargados con metales) como combustibles líquidos para alimentar preferiblemente el quemador 9 del horno 8 y se envían los gases no condensables como combustible líquido primario a los diferentes quemadores del horno, tomándose el resto del combustible líquido pesado. Finalmente, se reabsorben la pequeña cantidad de gas no condensable y los pequeños depósitos carbonosos producidos mediante el autoconsumo de la unidad de esta manera, que deja la cantidad máxima de productos líquidos demanda por los usuarios.

En principio, esta instalación no presenta peligro. Todas las reacciones predominantes son endotérmicas, por tanto estables. La presencia de vapor de agua del procedimiento hace posible sofocar cualquier riesgo potencial de fuego. La pequeña producción de gas no da lugar a ninguna desgasificación importante, en el caso de cualquier incidente.

El retraso (cantidad de materia retenida en los reactores) es relativamente pequeño, lo que proporciona encendidos y apagados rápidos de la unidad. La unidad se estabiliza automáticamente y es autorreguladora con arreglo a la técnica de funcionamiento adoptada, en particular los extractores que funcionan a través del desbordamiento natural de los extractos. Todas estas cualidades proporcionan una facilidad extrema de funcionamiento y comportamiento (especialmente en comparación con las unidades que puede reemplazar, tales como un CCF con sus problemas de circulación de catalizador entre el reactor de columna ascendente y su regenerador de suministro de aire a una presión de aproximadamente 3 bares, con sus problemas de hidrociclón con el fin de eliminar los finos del
catalizador, etc.).

La planta piloto industrial

La planta piloto, de la que se proporciona una ilustración en la figura 5, hace posible llevar a cabo todas las operaciones que se han considerado. Por razones de espacio y coste, no se llevaron a cabo las operaciones 15 y 16 para la separación y extrusión de los hidrocarburos de las emulsiones en una base continua, sino más bien como un retratamiento al final de una ejecución controlada según la instalación del procedimiento en la figura 6.

De la misma manera, se realizó la estabilización (algún tipo de destilación reactiva) que da productos finales como un retratamiento y en una base continua en la instalación según la disposición de la figura 7. En este caso, el reactor (presión atmosférica) constituye sólo una tubería de transferencia entre el horno 8 y el extractor 13, que sustituye todo el 18 de una instalación completamente en línea según la figura 4. Tampoco en este caso hay corriente de hollín como la corriente 95 que tiene lugar en otro momento.

La planta piloto comprende un colector múltiple que proporciona la carga de los gases H_{2}, CO_{2}, N_{2} aire o CH_{4}. Se ilustra en la figura 8 en la forma que es más simple y más próxima a las aplicaciones industriales. Convierte las alimentaciones sólo con vapor de agua. El horno 2 de gas es un horno de tubo simple para calentar agua suministrada desde un tanque o tambor de agua mediante la bomba 1 reguladora. El nivel de agua en el tanque se mide con el fin de determinar el agua inyectada. Un horno 3 de tubo simple calienta la alimentación inyectada mediante la bomba 7. La alimentación nueva y el tanque 6 de recirculación deben monitorizarse cuidadosamente con el fin de mantener los productos líquidos de manera que pueden bombearse. Este tanque se mide con burbujas, que proporcionan el peso de la alimentación tratada. El inyector 4 es tal como se describió anteriormente. Se dimensiona el reactor 10 para permitir que el procedimiento presente tenga lugar. 12 es la válvula de descarga del reactor, que regula su presión. 13 es un conjunto de extractores tal como se definieron los mismos. Su temperatura se ajusta según se necesite de un extractor a otro. 28 es un medidor de desplazamiento positivo del gas de salida situado detrás de un "desvesiculador". 39 es otro colector de condensados, 13.1 a 13.5 son las salidas de descarga del extracto.

Se miden las temperaturas mediante termómetros de mercurio localizados en pozos profundos. Se miden las presiones mediante manómetros convencionales.

Los gases que salen de 13, tras "desvesicularse" y enfriarse a temperatura ambiente, entran en un medidor de desplazamiento positivo de precisión seguido de un sistema de muestreo de gas en depósitos flexibles de 11,2 litros (previamente vaciados mediante una bomba de paletas que crea un vacío muy bueno).

Puede determinarse la densidad del gas pesando simplemente el depósito (considerando la tara), que, basada en el volumen de los gases producidos indica directamente la masa de los gases de salida. La composición de los gases muestreados se obtiene mediante cualquier técnica adecuada. En este caso, puesto que puede haber varios depósitos de gran capacidad, pueden extraerse los gases, enfriarse licuándolos con nitrógeno líquido, y destilarse naturalmente durante su recalentamiento. Si se liberó hidrógeno en las reacciones, sería fácil de encontrar porque no quedaría retenido por el nitrógeno líquido y daría gases permanentes con un peso molecular de 2. Este procedimiento industrial proporciona un análisis cuantitativo indiscutible de los gases de salida.

Desde un punto de vista práctico, el flujo del gas hace posible verificar el ajuste apropiado de las condiciones de energía de funcionamiento del inyector y del reactor que lo sigue, puesto que sabemos que la producción de gases que contienen hidrocarburos debe ser mínima (objetivo: cero). Por tanto, los gases consisten principalmente en H_{2}S, CO_{2} y CO, que pueden proporcionarse fácilmente mediante medios sencillos.

Productos líquidos formados

Estos productos aparecen tras una decantación breve, en la forma de una fase móvil ligera denominada "clara"; una emulsión estable denominada "mayonesa"; y una fase libre de agua que a veces cubre los sedimentos o el lodo floculante denominada "flóculos".

La proporción de estas fases o emulsiones diferentes varía según la alimentación y las condiciones de funcionamiento. La fase en emulsión a menudo prevalece y puede incluso ser la única fase presente. En todos los casos, se extruye la emulsión a través de los medios descritos anteriormente, produce una fase "clara" (que resulta de la mayonesa) y agua "sucia" (con color y ácida). La fase clara directa y la fase clara de mayonesa constituyen los productos de salida en 16.11, que contienen los productos de conversión útiles (que pueden hidratarse u oxigenarse tal como se indicó anteriormente).

Entonces se separan estos productos en una base continua, según la instalación del procedimiento de la figura 7. Se calientan en el horno 8 hasta 360ºC a aproximadamente 1 bar, tras lo cual entran en 10, que actúa como una tubería de transferencia, para producir finalmente en 13.5 - 18.5 el residuo atmosférico; 13.4 - 18.4 la fracción 300 - 360ºC; 13.3 - 18.3 la fracción 200 - 300ºC; 13.2 - 18.2 la fracción 100 - 200ºC; 13.1 - 18.1 la fracción PI - 100ºC. Los puntos de corte pueden cambiarse modificando la temperatura de los extractores. Intencionadamente limitamos las fracciones de 5 porque eran suficientes en la primera fase de conversión de la figura 5. Así obtenemos cantidades importantes de productos en las que pueden realizarse todas las evaluaciones y mediciones deseadas.

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Se obtienen las características detalladas de los productos a través de una destilación clásica, sin agitación o compactación, con el fin de observar los fenómenos de deshidratación de estos productos, que pueden liberar agua. El índice de refracción y las mediciones de la densidad informan de la estructura de los productos formados y, en consecuencia, de la buena ejecución de la conversión. Esto es especialmente importante para la recirculación, asegurando que no se polimeriza ningún compuesto poliaromático que degeneraría en coque sólido.

Vibración mecánica y ruptura molecular

A pesar de que esto sólo constituye una explicación muy aproximada e imperfecta, es posible imaginar que el calor, en su aspecto térmico, se almacena en la forma de la vibración mecánica de las moléculas. La vibración genera deformación mecánica que, debido a la inercia relacionada con la masa, es más elevada en el centro de la molécula, si las vibraciones son moderadas. Entonces la deformación provoca una ruptura en el centro de la molécula. Cuanto más se calienta la molécula (o más generalmente, cuanta más energía de cualquier tipo tenga que almacenar), más vibrará. A este respecto, vibrará según los modos harmónicos con varios antinodos y depresiones de la vibración tales como aquellos que pueden observarse en una cuerda de piano o la driza de una bandera ondeando en vientos fuertes, o también en una varilla larga que está agitándose. Puesto que las depresiones de la vibración constituyen el asiento de la deformación máxima, la molécula se romperá en estos puntos, a un tercio, un cuarto, etc. de su longitud. Esto explica por qué si una molécula se calienta excesivamente (si se transmite demasiada energía a la misma), se romperá en fragmentos muy pequeños, parando en CH_{4} e incluso carbono C.

Con esta breve explicación, también es posible entender que a medida que aumenta la longitud de la molécula (por tanto cuanto se convierta en más masiva y más pesada), tendrá más elementos vibratorios, y los elementos centrales que mantienen unidos los elementos laterales que están agitándose se someterán a una deformación mayor para mantener dichos elementos laterales. Cuando la deformación es demasiado grande, la molécula se rompe.

Este ejemplo hace posible explicar por qué cuanto más pesada se vuelva la molécula, es menos capaz de resistir el calor sin craquear. Para ilustrar el concepto, CH_{4} no puede resistir temperaturas mayores de 700ºC, y los residuos pesados no pueden resistir temperaturas mayores de 430ºC. Con respecto a la selección de los dispositivos, estas deformaciones también se reflejan mediante los máximos flujos de calor aceptables expresados en Kcal/hora/metro cuadrado, o también mediante las diferencias de temperatura aceptables entre la pared caliente y el fluido frío. Los valores críticos dependen de los productos considerados caracterizados por su estado físico (líquido, sólido, vapor) en condiciones de funcionamiento. Por tanto, es muy importante obtener un conocimiento práctico de lo que puede ocurrir con los productos tratados.

El ejemplo siguiente explicarán los intereses con respecto a una molécula simple de C_{10}H_{8} que tiene dos núcleos aromáticos. Si se calienta excesivamente la molécula, pierde hidrógeno y se vuelve altamente reactiva, produciendo así:

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1

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Se parte desde un sólido/líquido hasta un sólido muy duro. (De igual modo, debe observarse que las moléculas con 20 carbonos constituyen productos que se denominan generalmente gasóleo o combustible doméstico ligero). Por tanto, otra característica de una realización consiste en evitar que aparezcan tales situaciones.

Será más fácil entender el fin de una realización, que consiste en un funcionamiento en condiciones que evitan las pérdidas de hidrógeno, ya que esta pérdida de hidrógeno genera componentes insaturados que evolucionan hacia núcleos de baja fusibilidad. Si se considera la cadena lineal descrita a continuación, cuando se calienta hasta una temperatura elevada, comienza a perder hidrógeno según el esquema siguiente, con un doblamiento y cerrado posterior de la cadena insaturada:

2

La temperatura de fusión va desde -95ºC hasta +6ºC con sólo 6 carbonos. Por tanto se comprendió, por un lado, que no había que aproximarse a temperaturas del orden de 650ºC, ni, por otro lado, se podría suministrar la energía requerida en este caso; los valores termodinámicos indicados anteriormente muestran los órdenes de magnitud. Además, se observa que cuando comienza el proceso de deshidrogenación, se descontrola la reacción porque la ciclación libera energía.

Esto es lo que puede suceder si hay un suministro más intenso de energía, cerrarse la cadena fuertemente deshidrogenada resultante:

3

Una de las características sorprendentes del procedimiento es que hace posible convertir los asfaltos sin generar cantidades importantes de carbono o gas. Se intentará explicar por qué puede obtenerse este resultado, en base al conocimiento que se ha adquirido durante el intento de interpretar las observaciones.

Con los medios apropiados (mecánicos, térmicos, eléctricos o químicos, etc.), siempre es posible transferir energía, a la que se hará referencia como \DeltaH (variación de entalpía), según los conceptos utilizados generalmente en termodinámica. La experiencia en la monitorización del estado de la materia permitió adoptar, de manera continua, una clave de variación para dicho estado que puede resumirse como \DeltaS, variación de entropía. De hecho, en referencia a las tablas que se presentan en el presente documento, es posible observar la existencia de correlaciones muy fuertes entre Sº y la fusión física y los parámetros de ebullición y, más generalmente, los parámetros que pertenecen al cambio de estado de la organización de la materia. Con el fin de explicar estas ideas, se considerarán varios modos de descomposición de una molécula insaturada que contiene 14 carbonos, C_{14}H_{28}.

\newpage

Material de partida	Productos	\DeltaS	\DeltaH	T_{eq}ºC

C_{14}H_{28}	\rightarrow	C_{7}H_{14} + C_{7}H_{14}(liq)	36,06	19,18	269

Tf = -13ºC Te = 251ºC	Tf = -119ºC Te = 94ºC
d = 0,771 n = 1,4335	d = 0,679 n = 1,400

C_{14}H_{28}	\rightarrow	C_{12}H_{24} + C_{2}H_{4}(gas)	33,83	22,33	387
		Tf = -35ºC Te = 213ºC
		d = 0,755 n = 1,430

C_{14}H_{28}	\rightarrow	C_{13}H_{24} + CH_{4}(gas)	36,39	26,54	456
		Tf = -5ºC Te = 234ºC
		d = 0,784 n = 1,437

C_{14}H_{28}	\rightarrow	C_{14}H_{26} + H_{2}(gas)	27,41	39,50	1.168
		Tf = -0ºC Te = 252ºC
		d = 0,789 n = 1,439

C_{14}H_{28}	\rightarrow	C_{7}H_{12} + C_{7}H_{14} + H_{2} (gas)	36,39	26,54	456
		Tf = -81ºC Te = 93,8ºC

La tabla anterior muestra que cuanto más aumenta la energía aplicada, más moléculas se rompen y más fragmentos se producen, lo que significa que cuanto mayor es el desorden producido (lo cual aumenta la \DeltaS), mayor es la cantidad de CH_{4} generado y mayor es la cantidad de hidrógeno desechado. Además, la razón \DeltaH/\DeltaS proporciona la temperatura T_{eq}, a la que los reactivos alcanzan un equilibrio natural a presión de 1 bar. Si sólo se desean líquidos, todo el procedimiento tiene lugar como si estuviera limitado a 20 kcal/mol, tal como se indicó anteriormente en otro momento. (Esto también explica por qué un CCF con su catalizador regenerado a más de 700ºC desechará hidrógeno y CH_{4}. Esta situación no puede remediarse simplemente mediante un cambio en el catalizador. Sólo puede favorecer etapas intermedias y su velocidad, permitiendo que los reactivos alcancen el equilibrio termodinámico dependiendo de la temperatura del reactor.)

La experiencia en el control de la aparición de depósitos de carbono (coque) condujo a asumir que había dos fuentes principales:

\bullet: depósitos sólidos a través de los núcleos poliaromáticos; y

\bullet: carbono pulverulento de gases tales como metano que se forma como subproducto.

Es bastante fácil visualizar que si se polimeriza la materia en numerosos núcleos poliaromáticos contiguos, puesto que los carbonos se unen directamente entre ellos y comprenden pocos o ningún enlace de hidrógeno tal como se ha visto anteriormente, la temperatura de fusión aumenta con el número de núcleos y la reducción de la razón H/C (C_{10}H_{8} Tf = 80ºC; C_{20}H_{12} Tf = 278ºC, etc.); se aproxima cada vez más a un carbón sólido. Esto también puede estudiarse, con fines informativos, utilizando la irreversibilidad química.

Por ejemplo, considérese el craqueo de benceno a bifenilo. Tiene lugar una fusión de las moléculas, acompañada de nuevo de un rechazo de H_{2}, según la siguiente reacción [1]:

4

Esta reacción es irreversible puesto que T_{eq} no puede ser negativa. Debe considerarse la siguiente reacción [2] secundaria fatal:

[2]

C_{6}H_{6}

\rightarrow

6C_{gas} + 3H_{2}

\DeltaS = +259,4

\DeltaH = +1.010

Para obtener \DeltaS = 0,0, es necesario tomar 1,17/2.594 de la reacción [2] o:

[3]

0,0045 C_{6}H_{6}

\rightarrow

0,0045 x 6C_{gas} + 0,013H_{2}

\DeltaS = +1,17

\DeltaH = +4,55

Dando como resultado la reacción global:

5

Los datos experimentales a 750ºC con el 50% de conversión en 40 segundos confirman los valores previstos encontrados anteriormente y por tanto refuerza la creencia con respecto a lo que debe evitarse. La noción de la irreversibilidad proporciona una buena previsión de la producción de coque considerada como la reacción secundaria más difícil.

Otra característica de una realización es que hace posible controlar la velocidad de conversión en líquido sin generar cantidades en exceso de gas ligero tal como metano o etano. Se intentará proporcionar una explicación que se obtuvo durante las diferentes pruebas que se realizaron, en relación con la irreversibilidad química (que, aparentemente, no se menciona con frecuencia).

Una de las características del procedimiento es básicamente que desintegra las moléculas en dos. Algunas personas pueden pensar que, con el fin de acelerar el procedimiento, la solución es simplemente suministrar más energía. Sin embargo, esto en realidad generaría un mayor número de moléculas ligeras incluyendo una gran cantidad de gas. Estas moléculas ligeras no podrían polimerizarse fácilmente con el fin de volver a ser líquidas debido a la irreversibilidad química (con ningún catalizador podrá superar).

Con el fin de explicar las ideas, considérese la generación de líquidos a partir de metano, etano, etc. En este caso, la intención sería llevar a cabo reacciones tales como:

(a)	CH_{4} + CH_{4}	\rightarrow ¿? \rightarrow	C_{2}H_{6} + H_{2}	\DeltaS = -1,95	\DeltaH = +15,54	T_{eq} = -7.669ºC

(b)	C_{2}H_{6} + C_{2}H_{6}	\rightarrow ¿? \rightarrow	C_{4}H_{10} + H_{2}	\DeltaS = -3,38	\DeltaH = +10,33	T_{eq} = -3.056ºC

(b)	C_{4}H_{10} + C_{4}H_{10}	\rightarrow ¿? \rightarrow	C_{8}H_{18} + H_{2}	\DeltaS = -0,54	\DeltaH = +10,48	T_{eq} = -19.400ºC

Sin embargo, estas reacciones son irreversibles puesto que no existe T_{eq} negativa. Nunca será posible llevar a cabo reacciones de seguimiento de una manera reversible:

			(A)		(B)		(C)

	C_{1} \rightarrow	¿? \rightarrow	C_{2} + H_{2} \rightarrow	¿? \rightarrow	C_{4} + H_{2} \rightarrow	¿? \rightarrow	C_{8} + H_{2}
Te	117ºK		184ºK		272ºK	!	399ºK
Estado normal	gas		gas		gas		líquido

\newpage

Son consecuencias de lo anterior:

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(1): Es necesario aceptar la creación inevitable de CH_{4} en este procedimiento, resumida mediante la reacción (C') general

	(C')	C_{4}H_{10} + C_{4}H_{10}	\rightarrow	C_{7}H_{16} + CH_{4}	\DeltaS = -1,54	\DeltaH = -2,48	T_{eq} = 1.620ºK
	o	2C_{4}	\rightarrow	C_{7} + C_{1}	\hskip0,5cm K_{eq} (600ºC) = 1,93

: (Esta reacción es posible porque T_{eq} es positiva)

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(2): Si se perturba la reversibilidad termodinámica con energía según la reacción (C'') es inevitable que se rechace hidrógeno:

(C'')

C_{4}H_{10} + C_{4}H_{10}

\rightarrow

C_{8}H_{18} + H_{2}

\DeltaS = -0,54

\DeltaH = +10,48

T_{eq} = -19.400ºK

: (Esta reacción es irreversible porque T_{eq} es negativa).

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: Incluso la transición a través del gas de síntesis, que comienza con la reacción siguiente (que puede ser explosiva)

(C''')

CH_{4} + ½O_{2}

\rightarrow

CO + 2H_{2}

\DeltaS = +42,7

\DeltaH = -8,52

: es irreversible y conducirá a una escasa eficacia general en la licuefacción mediante el metanol o las rutas de Fischer-Tropsch. (C''') puede llevarse a cabo sólo con las reacciones secundarias que producen C_{2}H_{2}, en particular.

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La conclusión práctica es que debe evitarse la generación de gases, que es precisamente lo que hace este procedimiento.

Además, la ruta de acetileno es una segunda manera mediante la cual pueden aparecer depósitos pulverulentos de carbono. Algunos de los datos se indican a continuación a modo de ejemplo, empezando desde CH_{4}.

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[21]	4CH_{4}	\rightarrow	2C_{2}H_{6} + 2H_{2}	\DeltaS = -3,84	\DeltaH = +31,08	T_{eq} = ****ºC

[22]	4CH_{4}	\rightarrow	C_{2}H_{4} + 2H_{2} + 2CH_{4}	\DeltaS = +27,89	\DeltaH = +48,66	T_{eq} = 1.472ºC

[23]	4CH_{4}	\rightarrow	C_{2}H_{2} + 3H_{2} + 2CH_{4}	\DeltaS = +55,65	\DeltaH = +89,95	T_{eq} = 1.343ºC

[24]	4CH_{4}	\rightarrow	4C_{sol} + 8H_{2}	\DeltaS = +85,2	\DeltaH = +71,4	T_{eq} = 565ºC

[25]	4CH_{4}	\rightarrow	4C_{gas} + 8H_{2}	\DeltaS = 230,76	\DeltaH = 793,16	T_{eq} = 3.164ºC

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Obsérvese la Tf del carbono: sublima a

\hskip0,5cm

3.379ºC

La reacción (24) indica que, por encima de 565ºC, el CH_{4} se descompone con cinéticas lentas, (aproximadamente 1 hora alrededor de los 800ºC), ya que es necesario pasar por el estado gaseoso resumido por la reacción (25). Por tanto, la ramificación que provoca la aparición del carbono pulverulento parece ser:

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6

\newpage

En la práctica:

(1): En todos los casos, debe evitarse la creación de gases ligeros saturados.

(2): La aparición de hidrógeno libre es una mala señal.

(3): La creación de gases ligeros insaturados e hidrógeno constituye una alarma.

(4): La creación de acetileno es una alarma seria.

(5): Tal como puede verse en los ejemplos en el presente documento, la medición de las características físicas y, en particular, el índice de refracción, hace posible seguir la dirección de la evolución de los productos de conversión y dirigir dicha conversión. La monitorización de la aromatización a través del índice de refracción es muy útil con el fin de determinar si los procesos están funcionando correctamente.

La extracción de hidrógeno de una cadena lineal genera aproximadamente: \DeltaS/H2 = +30,19 y requiere aproximadamente \DeltaH/H2 = +32,18. El cierre de un ciclo libera energía (y reduce la \DeltaS en aproximadamente 20,5). Tras el acondicionamiento inicial de los productos apropiados gracias al inyector, es posible en realizaciones de la invención iniciar y activar las reacciones mientras se cumplen las reglas anteriores y los órdenes de magnitud que no deben excederse.

La ruptura de las moléculas pesadas tiene lugar de una manera controlada en el procedimiento presente. Aproximadamente, es posible decir que el peso de las moléculas se divide entre 2 en cada funcionamiento, con una velocidad de conversión de (1-1/e = 0,63). Por tanto, este procedimiento apenas cambia la razón H / C de los productos.

Inducción de la ruptura utilizando un chorro de vapor de agua ("vector de energía") y tratamiento posterior en un "reactor de recalentamiento"

Se inyecta la alimentación a un reactor mediante un inyector 4 que genera un contacto íntimo entre la alimentación precalentada y un chorro de vapor de agua sobrecalentado apropiadamente, y que se permite que se expanda. El inyector también intenta generar un chorro de materia y gas libre que no entra en contacto con ninguna pared de material, con el fin de facilitar el inicio de las reacciones. El suministro de energía determinado mediante la temperatura, la velocidad de flujo y la velocidad de expansión en el inyector, libera una cantidad útil de energía mecánica que proporciona el suministro de energía que es necesario y apenas suficiente para iniciar las reacciones sin romper el hidrógeno periférico de las moléculas y sin generar una energía tal que la molécula pueda romperse en fragmentos muy pequeños, tal como puede ocurrir en un CCF.

El reactor 10 de recalentamiento que recibe la alimentación y el vapor de agua del inyector es un recipiente vacío. No se utiliza catalizador. Este reactor permite que las reacciones iniciadas por el inyector alcancen el equilibrio. La presión reduce el volumen necesario y aumenta la velocidad del procedimiento para alcanzar el equilibrio. La ausencia de cualquier materia en el reactor presenta la ventaja de no tener puntos de estancamiento para los reactivos, conduciendo a un tiempo de reacción que es demasiado largo y, en consecuencia, provoca los depósitos de carbono.

Se indicó anteriormente que el papel del inyector 4 es por un lado transferir el máximo de energía útil contenida en los vapores o los gases a la alimentación que va a convertirse, y, por otro lado, crear un contacto estrecho entre el vapor de agua y la alimentación, preferiblemente sin ningún contacto material con las paredes metálicas. Estos resultados se obtienen tal como sigue. La alimentación que en realidad es una fase pesada en relación con los gases o vapores, se divide en pares de chorros pulverizados mecánicamente, colocados lateralmente en direcciones opuestas, dispuestas según la figura 3, que fluyen desde la parte superior hasta la inferior y se encuentran en el eje del inyector. Mediante desviación mutua, fluyen entonces axialmente a una velocidad moderada, sin ningún contacto material.

El fin de la pulverización mecánica es generar gotas finas, preferiblemente algo de niebla, que así desarrolla una superficie máxima de la alimentación que contiene hidrocarburos. La pulverización puede soportarse por aproximadamente el 5% de vapor de agua HP sobrecalentado que contribuye a la nebulización de la alimentación (tal como bien se conoce en las cargas del inyector de quemadores de caldera y de horno).

Se coloca el chorro de vapor de agua en este flujo durante la expansión, transformándose su energía principalmente en energía cinética hasta el grado más completo posible, por tanto con gran velocidad. Mediante la inyección del chorro de vapor de agua de alta velocidad en el chorro pulverizado de la alimentación, se obtiene el corte mecánico de dicho chorro, con una transferencia de energía que contribuye a la activación de las reacciones, llevándose a cabo todas estas reacciones a velocidades muy elevadas, sin contacto con las paredes de material y prácticamente a la temperatura deseada del reactor. El cálculo de los estranguladores y las boquillas se realiza fácilmente, según las técnicas que son específicas para turbinas de vapor de agua o turbinas hidráulicas, considerando el estado polifásico de la alimentación.

Tal como se explicó anteriormente, el reactor 10 de recalentamiento está vacío. La mayoría del carbono sólido formado se transporta mediante los efluentes que salen del reactor, que constituyen un gran beneficio para el procedimiento. Sin embargo, se deposita una pequeña parte en las paredes y tiende a acumularse. Por tanto, deben eliminarse estos depósitos carbonosos o compuestos de óxido de metal contenidos en la alimentación a intervalos apropiados. La presencia de óxidos no combustibles requiere el uso de medios mecánicos tales como depuración, pulido con chorro de arena, u otros medios. Con este fin, es necesario abrir el reactor mientras se evita cualquier parte interna o borde prominente. Por tanto, los inyectores se disponen lateralmente, opuestos entre sí, hacia fuera del reactor, en pares, de manera que el reactor, una vez abierto, puede mantener sus paredes completamente libres. Colocando la parte superior del reactor, seguida de la parte inferior, el anillo desnudo del reactor permanece, que puede limpiarse fácilmente mediante cualquier medio mecánico. Este dispositivo es particularmente beneficioso, especialmente en comparación con los problemas que presentan los reactores equipados con compactaciones (cámara de reacción desviscosificadora) o relleno con catalizadores con o sin circulación.

Un problema crítico es cómo definir las condiciones para la inyección de los productos para facilitar la iniciación apropiada de reacciones útiles, y definir las condiciones requeridas con el fin de alcanzar el equilibrio de los productos estables que salen del tambor de recalentamiento. Se describirá un ejemplo en el que el residuo a vacío se trata para obtener un gasóleo ligero (producción de queroseno).

Se considerará primero el residuo a vacío. Su densidad e índice de refracción proporcionan información valiosa con respecto a su estructura. Una extracción de asfaltos a C_{3}, C_{4}, C_{5} especifica esta estructura en lo que se refiere a las moléculas que van a tratarse. Preferiblemente se tomará una muestra total y se realizará una prueba de estabilidad térmica (o conversión mediante craqueo térmico) que es moderada y fácil de realizar.

Si RaV es la cantidad de residuo implicado y que funciona a la temperatura T, se observó que despareció RaV, formando otros productos según la relación siguiente:

d(RaV)/dt = RaVe^{-t/Ts}

siendo Ts una unidad de tiempo. Por ejemplo, para el residuo para el que se indicarán todos los resultados de la conversión posteriormente, se encontró:

Temperatura TºC:	430	460	490
Ts segundos:	700	140	40

La experiencia condujo a pensar que esta velocidad de reacción estaba relacionada con el desequilibrio entre la composición de los productos y la que existiría si se dejaran desarrollar sin ninguna restricción de tiempo. Si RaVeq es el residuo que permanecería en equilibrio con todos los productos generados, se obtendría:

\frac{d/(RaV)/dt}{(RaVeq - RaV)} = \frac{Ts}{To}

siendo To una unidad de tiempo específica para cada producto. Además, las condiciones de la ruptura mecánica de las moléculas que ya se han explicado en detalle, están relacionadas con las fuerzas de cohesión interatómicas de las moléculas de los componentes y con el hecho de que la materia en cuestión sobrepasa la deformación máxima aceptable. Esto da como resultado un esfuerzo E igual a:

E = fuerza \ x \ deformación

Creemos que hay una relación general entre Ts y la temperatura T, con la constante R universal de los gases perfectos, en la forma de:

Ts = To \ e^{-T(R/E)}

Por tanto, se tiene un medio simple para evaluar el valor E, que se asigna al residuo a vacío. En realidad, según la hipótesis y considerando dos pares de medidas de temperatura Ts(1), T1; Ts(2), T2, se obtiene:

E = \frac{R(T1 - T2)}{\pounds (Ts(1)/Ts(2))}

Siendo £ un logaritmo neperiano.

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En este caso, con T1 = 430ºC, Ts(1) = 700 s, T2 = 490ºC, Ts(2) = 40 s, se encuentra que el valor de E es
aproximadamente de 42 kcal/mol. Esto significa que si no se puede aplicar esta energía, no sucederá nada instantáneamente en el reactor (también significa que si se transfiere una energía mucho mayor a la molécula, esta molécula se hará pedazos).

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Se considerará ahora el precalentamiento de la alimentación y la temperatura del reactor. Habiendo proporcionado un esfuerzo de 42 kcal/mol sin convertirlo en calor, la molécula promedio de RaV se rompe en sólo 2 fragmentos debido a la falta de energía. En primer lugar, es necesario evitar que los dos fragmentos producidos vuelvan a juntarse inmediatamente. De nuevo, éste es el papel del inyector 4, que inserta moléculas gaseosas durante la expansión entre los fragmentos formados. Esta inserción se facilita mediante el hecho de que el vapor de agua puede reaccionar químicamente con los extremos rotos de las moléculas tal como se describe posteriormente.

Según una realización, con el fin de alcanzar esto con casi total certeza, es necesario tener tantas moléculas de agua como pares de carbono haya, para crear esta situación. El vapor de agua es el único elemento utilizado y la razón entre el agua (18 g/mol) y los hidrocarburos (CH_{x} 13 14) está idealmente en el orden de 18/(2 x 13) en peso, o aproximadamente 0,7.

Puesto que las moléculas de RaV se fragmentan, es necesario situarlas en un equilibrio termodinámico estable. Con este fin, se requiere un periodo Ts de tiempo, que depende principalmente de la temperatura. Basado en el dato Ts experimental, sería preferible adoptar la mayor temperatura posible con el fin de reducir la duración de los funcionamientos, pero se descubrió que esto no puede hacerse sin incurrir en riesgos. Por tanto, a partir de 460ºC la reacción siguiente puede tener lugar:

C_{14}H_{28} \hskip0,5cm \rightarrow \hskip0,5cm C_{13}H_{24} + CH_{4}

y a partir de 565ºC la reacción adicional siguiente puede tener lugar:

4CH_{4} \hskip0,5cm \rightarrow \hskip0,5cm 4C_{sol} + 8H_{2}

polimerizándose el compuesto poliaromático en carbono masivo.

Gracias al vapor de agua, estas reacciones secundarias pueden bloquearse parcialmente pero nunca completamente. Por tanto la elección final se convierte en un compromiso basado principalmente en el carbono sólido aceptado. En la práctica, es insignificante a 440ºC. A 520ºC, su acumulación en el reactor requiere una depuración frecuente para su eliminación; si no puede convertirse en un obstáculo si no se hace nada, llenando posiblemente todo el reactor. Se adoptó una temperatura de 460 - 470ºC, lo que dio buenos resultados.

Se observó que la presión tenía un efecto muy beneficioso en la velocidad de la reacción. Muy importante al principio, yendo desde 1 hasta 20 o 30 b, este efecto baja después de esto, alcanzando un máximo hacia 150 b y descendiendo por encima de 200 bar. Es por esto que se adoptaron presiones de 20 o 30 bares, lo que permitió dividir aproximadamente en 2 los tiempos Ts que se tendrían a 1 bar. Por tanto, a 470ºC, se deben tener aproximadamente 25 segundos para conseguir el equilibrio en el reactor.

Con respecto al control de las reacciones, tal como se declaró anteriormente, el objetivo es romper una molécula en dos durante cada funcionamiento. Esto requiere un valor neto de 20 kcal/mol tal como se indicó anteriormente. Si se suministran 40 kcal/mol para la activación, es suficiente para comenzar a partir de una alimentación precalentada a 470ºC para obtener el resultado deseado. En realidad, comenzando desde esta temperatura que es ligeramente inferior a la temperatura deseada del tambor de reacción, cuando se añade la energía de activación, la molécula tendría una temperatura térmica que es mayor que la que tendría en su estado normal, pero se rompe al absorber 20 kcal/mol, dejándola finalmente a la temperatura deseada para los funcionamientos restantes necesarios para alcanzar el
equilibrio.

Una vez que esto se ha entendido bien, teniendo en cuenta la velocidad de flujo de vapor de agua definida anteriormente que es necesaria para cerrar eficazmente los extremos rotos, es posible deducir el valor de la entalpía del vapor de agua que se envía al inyector. Con el fin de alcanzar 470ºC en el tanque de recalentamiento, teniendo en cuenta las recirculaciones y los diferentes valores de transferencia de energía obtenidos, es necesario considerar las temperaturas de sobrecalentamiento del vapor de agua en el orden de 600 - 650ºC para los RaV.

Una vez que se ha alcanzado el balance de energía y se ha completado la recirculación de materia, sería beneficioso adoptar una presión de vapor de agua del orden de 60 b, sobrecalentado a 600ºC. Entonces la boquilla de inyección descarga adiabáticamente el vapor de agua desde 60 bares hasta 30 bares a 470ºC, y situó 60 kcal/kg disponibles mecánicamente como energía cinética en el chorro de vapor de agua del orden de 700 m/s. Así se obtiene un vapor de agua a la temperatura deseada del reactor. A esta temperatura, no hay absolutamente ningún riesgo de "calcinación" de los hidrocarburos, que reciben energía útil como energía cinética, que "cortará" los hidrocarburos mecánicamente.

Normalmente, el precalentamiento será aproximadamente 20ºC o 25ºC inferior que la temperatura del tanque de recalentamiento, o aproximadamente 445 - 450ºC. Esto es particularmente beneficioso para el funcionamiento del horno de precalentamiento de residuo y previene cualquier problema de coquización. En realidad, se sabe que los hornos desviscosificadores deben calentar el mismo tipo de residuo hacia 460ºC, y que los riesgos de coquización aparecen por encima de esta temperatura. Con estas condiciones de funcionamiento, nunca se encontró coquización en los hornos.

En cualquier caso, una vez que la velocidad de flujo de vapor de agua y la velocidad de funcionamiento de la unidad se han ajustado, se ajustan el sobrecalentamiento del vapor de agua y el precalentamiento de la alimentación para alcanzar el balance térmico definido mediante la temperatura del tambor de reacción o reactor 10. En la práctica, ajustándose el precalentamiento de la alimentación a 20 ó 25ºC por debajo de la temperatura de la salida del reactor, ajustándose la velocidad de flujo del combustible líquido de calentamiento del horno de vapor de agua según la temperatura de salida del reactor.

El ejemplo que se proporcionó anteriormente para el residuo a vacío puede generalizarse independientemente de la alimentación. El parámetro clave principal es la temperatura del reactor, que aumenta cuando los productos son más ligeros. Por ejemplo, con destilados muy pesados a presión, se tendrán temperaturas en el orden de 500ºC, que aumentará hasta 520ºC para destilados ligeros a vacío o gasóleos atmosféricos muy pesados.

Reacciones del chorro de vapor de agua

Se observó que las cadenas recién rotas eran de manera natural muy reactivas a ángulos rectos con la ruptura, y que la molécula polar H_{2}O (agua) se acoplaba fácilmente sobre dichas rupturas, exactamente como el CO_{2} (dióxido de carbono). Otra característica de las realizaciones preferidas comprende la introducción de oxígeno en el proceso de conversión.

Considérese una cadena que contiene un enlace carbono - carbono doble anotado como >C=C<. En presencia de vapor de agua, puede tener lugar la reacción siguiente:

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Es especialmente significativo que, en estas condiciones, es posible convertir etileno en alcohol, lo que explica por qué no puede limitarse la producción de gases.

Con el fin de entender mejor este aspecto preferido del presente procedimiento, se seleccionará de nuevo un ejemplo de la familia de C_{20}:

C_{20}H_{14}O_{2}	Tf = 300ºC	Te = sub	HO-A=A-A=A-OH

C_{20}H_{14}	Tf = 188ºC	Te = 452 sub	A=A-A=A

C_{20}H_{14}O	Tf = 81ºC	Te = 264/15 mm	A=A-O-A=A

Sustituir hidrógeno con OH lateral no es bueno (la temperatura de fusión va desde 188ºC hasta 300ºC). Si O elimina un enlace C-C, se obtiene un efecto beneficioso (la temperatura de fusión va desde 188ºC hasta 81ºC).

Se considerará ahora el caso en el que la molécula C_{20}H_{14} se debilita mediante una temperatura apropiada que provoca su vibración, y se envía una molécula HOH (H_{2}O) al enlace central:

C_{20}H_{14} + H_{2}O \hskip0,5cm \rightarrow \hskip0,5cm C_{10}H_{7}OH + C_{10}H_{8}

A=A-A=A + H_{2}O \hskip0,5cm \rightarrow \hskip0,5cm A=A-OH + A=A

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Tf = 188ºC	Tf = 123ºC	Tf = 80ºC

Te = 452 sub	Te = 295ºC	Te = 218ºC

d = 1,30	d = 1,01	d = 0,963

n = 1,76	n = 1,62	n = 1,60 liq

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La presencia de agua es altamente beneficiosa en lo que se refiere a las propiedades de los productos formados. Por ejemplo, considérese la molécula altamente compacta C_{20}H_{12}, atacada por dos moléculas de agua. Tenemos:

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Tf = 278ºC	Tf = 123ºC	Tf = 123ºC

Te = 350 sub	Te = 295ºC	Te = 295ºC

d = 1,36	d = 1,01	d = 1,01

n = 1,88	n = 1,62	N = 1,62

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Este ejemplo muestra claramente los beneficios que se obtienen del vapor de agua.

A través de consideraciones termodinámicas, también es posible determinar que el carbono sólido libre que puede formarse se oxida hacia 600 - 700ºC, según las reacciones siguientes:


CO_{2} + Cs \rightarrow 2CO	\DeltaS = 42,14	\DeltaH = 41,23	T_{eq} = 705ºC

H_{2}O + Cs \rightarrow CO + H_{2}	\DeltaS = 33,04	\DeltaH = 31,40	T_{eq} = 677ºC

en las que \DeltaS es la variación de entropía, \DeltaH la variación de entalpía, y T_{eq} la temperatura de equilibrio a una presión de 1 bar. Hay otra explicación posible para el efecto beneficioso del H_{2}O y CO_{2} que, cuando se implementan correctamente en el inyector, tienden a eliminar el carbono sólido que puede formarse inadvertidamente.

Se presentará ahora otro beneficio de la presencia de H_{2}O que se comporta un tanto como un bloqueante de reacciones de ciclación. Los crudos pesados contienen muy pocas moléculas simples y lineales; contienen numerosas moléculas poliaromáticas complejas que están enlazadas más o menos entre ellas, tal como puede observarse en la molécula siguiente que se condensa fácilmente y va desde 2 hasta 3 núcleos, según el esquema siguiente:

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Se observa que la creación de un tercer núcleo central aumenta significativamente la densidad de esta molécula. Con vapor H_{2}O es posible funcionar en etapas con el fin de romper esta molécula C_{14}, e incluso mostrar cómo reabsorber una molécula ligera de 3 carbonos que si no podría producir gases.

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1ª etapa

Debilitamiento del enlace central insaturado

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2ª etapa

Craqueo central de la molécula

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3ª etapa

Fusión y rechazo de H_{2}O (seguro que va a tener lugar)

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4ª etapa

Ciclización de ramificación insaturada (natural)

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Puede observarse que las etapas intermedias de la reacción se ejecutan con niveles de energía moderados y que la reacción completa tiene lugar como si el agua implementada al principio se recupera al final (de manera similar a la acción de un catalizador). También puede observarse, que es una preocupación y una característica del procedimiento, que la temperatura de fusión inicial de 127ºC tras la primera etapa descendió hasta -26ºC, entonces cambió a -33ºC; en la cuarta etapa, la temperatura era -43ºC y finalmente, en la quinta etapa, se obtuvieron productos con una temperatura de fusión de -94ºC. Por tanto, hay un descenso continuo de esta temperatura de fusión durante las etapas intermedias de la reacción global.

El experimento demostró que había una producción de gas y carbono muy pequeña y que era posible convertir completamente los productos tales como aquellos denominados residuos a vacío o asfaltos, en hidrocarburos
líquidos.

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Se considerará ahora el caso de cadenas lineales (con 14 carbonos insaturados para este ejemplo). Sin H_{2}O
tenemos:

C_{14}H_{28} \rightarrow C_{7}H_{16} + C_{7}H_{12}

\DeltaS 36,04

\DeltaH 19,57

El craqueo en presencia de H_{2}O parece tener lugar según el esquema siguiente

C_{14}H_{28} \rightarrow C_{7}H_{13} + C_{7}H_{15}	\DeltaS 43,71	\DeltaH 59,98

C_{7}H_{13} + H_{2}O \rightarrow C_{7}H_{13}OH + H	\DeltaS 1,91	\DeltaH 37,89

C_{7}H_{15} + H \rightarrow C_{7}H_{16}	\DeltaS -30,72	\DeltaH -87,3

C_{7}H_{13}OH\rightarrow C_{7}H_{16} + H_{2}O	\DeltaS 21,14	\DeltaH 9,0

Lo que da en total:

C_{14}H_{28} \rightarrow C_{7}H_{16} + C_{7}H_{12}

\DeltaS 36,04

\DeltaH 19,57

Puede observarse que, en estos funcionamientos, en primer lugar era necesario abrir un enlace C-C lo que requería aproximadamente de 40 a 60 Kcal (activación); y finalmente, suministrar aproximadamente 20 Kcal/fracción (energía específica neta). Recuérdese que la extracción de un átomo de hidrógeno requiere aproximadamente: \DeltaH/H_{2} = +32 Kcal y si se hace esto, se obtienen malos resultados.

Por tanto, era necesario encontrar un conjunto de dispositivos que hicieran posible cumplir tantas especificaciones diferentes como fuera posible de las enumeradas anteriormente. Esto se consiguió a través de un precalentamiento adecuado de la alimentación, seguido de la activación resultante de la expansión en el inyector 4, en cuyo caso los productos que van a convertirse podrían tener, en lo que se refiere a equivalente de temperatura, una permanencia muy breve en un intervalo en el que son inestables, ya que el craqueo consume energía y devuelve los reactivos al intervalo estable y deseado dentro del reactor 10 donde alcanzan entonces el equilibrio termodinámico (un cocinero diría: permítales que "hiervan a fuego lento" de manera apropiada).

Estas reacciones y sus mecanismos se proporcionan en el presente documento sólo en un intento de explicar por qué se obtienen resultados inesperados.

Control de la oxidación o hidratación de los productos

Otras características del presente sistema pueden incluir: control de la hidratación de las emulsiones, o impedir la misma; y controlar la oxigenación de los productos, o impedir la misma. Se indicará cómo pueden obtenerse estos resultados con el aparato. Debe observarse que gracias al extractor, pueden seleccionarse los productos útiles normales y recircular aquellos que destaquen. Por tanto, considérese el caso normal (objetivo seleccionado) de gasóleo o gasolinas oxigenadas y una emulsión hidratada sin agua libre.

Está claro que es deseable evitar el envío de demasiada agua de proceso para tratar la alimentación, aunque debe enviarse una cantidad suficiente. Se encontró que una buena razón agua/alimentación (residuo atmosférico tratado) era del orden de 1 en peso. (Que es lo que se encontró en la evaluación de los resultados presentados anteriormente). Si el objetivo es acercarse a compuestos hidrogenados, está claro que si dichos compuestos no se oxigenan, se considera que destacan, especialmente si el objetivo es producir fracciones de tipo gasóleo de automoción o gasolina.

Por tanto, se tuvo la idea, que es una característica de una realización, de realizar una primera conversión del residuo atmosférico en destilados PI-360, con el extractor - contactor - decantador ajustado aproximadamente a 200ºC, y entonces volver a ejecutar todos estos refinados (200-) en su estado actual, a través de la instalación.

En realidad, durante esta recirculación, se convirtieron los equivalentes de destilados pesados pero atmosféricos en productos de tipo gasolina - gasóleo más ligeros. El vapor de agua que proporciona estos funcionamientos es también suficientemente reactivo para generar las adiciones químicas que se muestran en la destilación de los productos (destilación directa o destilación con arena).

Considérese ahora la norma inversa, por ejemplo cumplir las especificaciones de refinado de una instalación existente, que requiere productos normales no hidratados (denominados en lo sucesivo secos). Por tanto, el procedimiento evitará la recirculación de los productos anhidros formados (200-), que tendería a hidratarlos y crear compuestos oxigenados. En este caso, se funcionaría recirculando sólo extractos (200+) con alimentación nueva que consiste en residuos de cualquier otra alimentación que va a convertirse (siendo 200 un valor que puede variar dependiendo de la recirculación deseada).

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Con el fin de entender esto apropiadamente, tómese un residuo a vacío que no producirá ningún destilado atmosférico durante la primera generación. Es apropiado observar que se constituye un esquema muy aproximado mediante la relación siguiente:

RaV \hskip0,5cm \rightarrow \hskip0,5cm DaV; \hskip0,5cm DaV \hskip0,5cm \rightarrow \hskip0,5cm Rat

Una prueba de conversión total de RaV (precursor) que da un DaV (primera generación), seguido de un Rat (segunda generación) se detalla a continuación. Con este tipo de recirculación y los ajustes seleccionados, no se hidrataron los productos de conversión, tal como se indica mediante su destilación que se lleva a cabo tras la separación de agua/hidrocarburo de las emulsiones. Aquí, la destilación no produce agua (al contrario que en el caso anterior, donde se hizo un intento para establecer lo mismo). Esto indica que este problema está bajo control.

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Conversión con extinción de recirculación

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Los minutos de la destilación de los productos de conversión contenidos en la fase clara y extruida (véase la tabla I) muestran que no hay liberación medible de agua. Las liberaciones de vapores blancos o barboteo hacia los 80ºC, 130ºC, 150ºC, 250ºC, 290ºC, muestran claramente los puntos clave de la liberación de agua que se encontraron fácilmente en el tratamiento que se pretendía alcanzando los productos de hidratación y oxigenación; pero aquí son insignificantes cuantitativamente. Su total puede evaluarse en exceso declarando que son, como máximo, iguales a las pérdidas observadas, o el 3,8%, por ejemplo. (También debe observarse que la transferencia de muestras desde el cilindro recipiente al cilindro apropiado con el fin de tomar una medida más precisa del volumen y peso para obtener la densidad Dp/v, se realiza con pérdidas de 0,3 g para los productos ligeros altamente líquidos, alcanzando 0,75 g para la fracción atmosférica 300+, y 2,15 g para los residuos atmosféricos, debido a los problemas de flujo asociados con el aumento de la viscosidad y tensión superficial. Esto da una idea del efecto de unión de los productos en las paredes, que aumenta con la densidad y el índice de refracción). Finalmente, con fines informativos, con respecto a estas pruebas, debe observarse que las características principales del residuo a vacío fueron: densidad 1,01, índice de refracción 1,594, estado sólido.

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Ejemplos de los resultados obtenidos

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Ejemplo 1 Conversión de residuo obtenido a vacío, RaV

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Los puntos clave de esta conversión se enumeran a continuación:

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Se observa que la fracción [13.4] contiene una porción de RaV y (250 - 300) DaV que extrajo metales y compuestos poliaromáticos. Una porción de los mismos se elimina para purgar el reactor. El 3,5% adoptado dio buenos resultados.

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Ejemplo 2 Conversiones de residuo atmosférico Reactor 470ºC

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Se observa claramente que los metales y los compuestos poliaromáticos pesados se concentran en el RaV del extracto [13.4], lo que es por qué se purga una porción de este extracto. La recirculación decrece en comparación con el caso en el que sólo se trata RaV; por tanto, la capacidad de tratamiento es su valor nominal de 2 kg/h de residuo atmosférico.

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Ejemplo 3 Producción de compuestos oxigenados o emulsión hidratada

Realizando una primera ejecución de conversión del residuo atmosférico, se obtienen directamente emulsiones + productos claros. Se pensaba pasarlos de nuevo a través de la planta piloto con el fin de oxigenarlos o hidratarlos durante esta nueva conversión. La destilación con arena de la fase directa clara y extruida tras esta según conversión dio los resultados siguientes:

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La destilación sin arena de la misma alimentación produjo: H_{2}O = 7,9 g para: 85,86 g de HC seco. Esto muestra claramente que se formaron productos hidratados y oxigenados, que se despolimerizaron en el primer lugar a temperaturas similares comprendidas entre 120 y 250ºC a 1 bar. Por otra parte, se conoce bien que el agua se acopla a los enlaces etilénicos para producir alcoholes (tal como se explicó anteriormente); \DeltaS - 32,

\hskip0,3cm

\DeltaH - 15,
Teq 468ºK (200ºC). La temperatura de equilibrio de estas reacciones se alcanza específicamente a 90ºC para la conversión de etileno en etanol y de hacia 200ºC para alcoholes pesados (por ejemplo C_{18}). La experiencia muestra claramente que se tienen hidrocarburos oxigenados e hidratados, lo cual se confirma mediante las temperaturas de equilibrio químico del agua con los alcoholes correspondientes.

La presencia de productos hidratados y oxigenados es favorable para la calidad de los productos formados, en particular gasolinas. Esta oxigenación o hidratación también es favorable para la combustión tanto en hornos como en motores diesel. Además, con motivo de sus características polares debido a la función OH, estos productos actúan como co-disolventes para agua y para el esqueleto hidrocarbonado de los hidrocarburos, haciendo así posible obtener emulsiones que son altamente estables en el tiempo (las muestras de más de 8 años no se han roto).

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Ejemplo 4 Conversión de residuo pesado destilado a vacío denominado 80, Kuwait, del reactor de 500ºC de Oil Plan BP Dunkerque

Estas condiciones de funcionamiento controladas se seleccionaron con el fin de verificar el aumento de productividad y probar el control de la velocidad de los depósitos en el reactor. Además, las técnicas para la extracción líquido-líquido furfural de la alimentación y los efluentes permite analizar la estructura de los productos formados y confirmar las prácticas de funcionamiento y dimensionado para las unidades diseñadas según el procedimiento:

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Se observa claramente que los metales pesados y los compuestos poliaromáticos se concentran en el extracto [13.4], por lo cual se purga una porción de este extracto. La conversión se realiza con una recirculación baja, gracias a las condiciones de funcionamiento adoptadas, en particular un reactor hacia 500ºC. Obsérvese que hay una producción de gasolina muy importante (27,55% en peso PI-200ºC, que se compara de manera muy favorable con las gasolinas de CCF).

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Ejemplo 5 Desmetalización mediante extracción de residuos o alimentaciones

Éstas son las propiedades de un RaV Kuwait que se utilizaría como alimentación de referencia en las conversiones. Una fraccionación mediante extracción con propano C_{3}, butano C_{4} y pentano C_{5} hace posible separar los componentes de este residuo a vacío según su naturaleza, variando desde DAO (aceites desasfaltados) a asfaltos muy duros
(Asp C5).

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Se observa que los metales (níquel, vanadio) se concentran en los productos más poliaromáticos con un índice n de refracción elevado y con la mayor densidad. Lo mismo es de aplicación a las sales y azufre. Estos componentes constituyen un obstáculo porque son venenos para cualquier tratamiento de refinado catalítico posterior que puede realizarse. Los compuestos poliaromáticos que contienen dichos componentes son precursores de la coquización y, cuando se mezclan, aumentan la viscosidad de los productos hasta el punto que no pueden bombearse más, reduciendo así mucho la calidad de los combustibles utilizados para las aplicaciones del combustible. Debido a todas estas razones, sería necesario extraerlos por separado.

La conversión de este residuo a vacío (RaV) descrito en el ejemplo 1 proporcionó el extracto siguiente en la extracción [13.4]:

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Con relación a las densidades y los índices de refracción, se observa que el extracto [13.4] se compone práctica y exclusivamente de EXC4, EXC5 y AspC5. Sin embargo, el análisis del extracto 13.3 muestra que prácticamente no contiene componentes cargados con metales, sales, azufre, etc., ya que se fracción más pesada es una DAO y el 10% de RV. 3 es equivalente a un EXC3.

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A 360ºC y a presión atmosférica, el extractor [13.4] desmetaliza la alimentación de una manera eficaz y controlada concentrando los metales, sales y azufre en un extracto [13.4] bien definido que constituye una característica nueva de una realización.

Sumario de las características preferidas

Las realizaciones de la invención incorporan las características expuestas a continuación:

(1): Se toman las alimentaciones según aparecen. En la refinería, el procedimiento, al cual se hace referencia como CPJ, puede aceptar indiscriminadamente petróleo crudo, residuo atmosférico (Rat), residuo a vacío (RAV) o destilados pesados.

(2): El procedimiento nunca utiliza procesos a vacío que requieren largas columnas de destilación que también tienen que soportar la fuerza de aplastamiento de la presión atmosférica.

(3): Tal como se explicó anteriormente, se trata la alimentación introducida con vapor de agua que actúa como un vector de energía.

(4): Se calienta, precalienta o se prepara en un horno clásico el vapor de agua.

(5): Pueden precalentarse apropiadamente la alimentación nueva y cualquier componente recirculado en un horno convencional o mediante líneas de intercambiadores de calor clásicos.

(6): Puede inyectarse la alimentación al reactor mediante un inyector 4 que crea un contacto íntimo entre la alimentación precalentada y un chorro de vapor de agua sobrecalentado, durante la expansión. Este inyector también intenta generar un chorro de materia y vapor de agua libre que no entra en contacto con ningún material de la pared, con el fin de facilitar el inicio de las reacciones. El suministro de energía determinado mediante la temperatura, la velocidad de flujo y la velocidad de expansión en el inyector, libera una cantidad útil de energía mecánica que proporciona el suministro de energía que es necesario y apenas suficiente para iniciar las reacciones sin romper el hidrógeno periférico de las moléculas y sin generar una energía tal que puede romperse la molécula en fragmentos muy pequeños, tal como puede ocurrir en un CCF.

(7): El reactor 10 de recalentamiento es un recipiente vacío. No se utiliza catalizador. Este reactor permite que las reacciones iniciadas mediante el inyector alcancen el equilibrio. La presión reduce el volumen necesario y aumenta la velocidad del procedimiento para alcanzar el equilibrio. La ausencia de cualquier material sólido en el reactor presenta la ventaja de no tener ningún punto de estancamiento para los reactivos, lo que conduce a un tiempo de reacción que es demasiado largo y, por consiguiente, provoca depósitos de carbono.

(8): Entonces se expanden los productos, vapor y vapor de agua a una presión próxima a la presión atmosférica, al salir del reactor 10 de recalentamiento o craqueo. Entonces pueden expandirse los productos a presión atmosférica.

(9): Pueden enfriarse apropiadamente y separarse mediante una serie de dispositivos especiales que proporcionan la separación de fases líquidas pesadas de fases gaseosas ligeras a temperaturas seleccionadas adecuadamente según las características físicas de los productos.

(10): Pueden reciclarse los productos pesados que no cumplen con la norma seleccionada con la alimentación nueva.

(11): Pueden extraerse los productos ligeros que cumplen con la norma seleccionada. En presencia de vapor de agua, aparecen en la forma de emulsiones de agua / hidrocarburo muy estables que pueden romperse fácilmente.

(12): La ruptura de las moléculas pesadas tiene lugar de una manera controlada en todos estos procesos. Aproximadamente, es posible decir que el peso de las moléculas se divide entre 2 en cada ejecución en el inyector, con una velocidad de conversión de (1-1/e = 0,63). Por tanto, este procedimiento apenas cambia la razón H/C de los productos.

(13): El control de la ruptura de las moléculas hace posible impedir la producción de gases al no implementar nunca la energía requerida para su formación y al no seleccionar las condiciones para el equilibrio de las moléculas en el reactor que no favorecen la aparición de tales gases.

(14): Los productos útiles pueden estar o bien: hidratados y compuestos por la emulsión mencionada en 11; o ser anhidro y obtenerse mediante una deshidratación con extracción.

Claims

1. Procedimiento para la conversión de una carga que consiste en crudos de elevada densidad y elevada viscosidad, residuos atmosféricos (Rat), residuos a vacío (RaV) o destilados pesados en un líquido (gasolina, gasóleo u otro combustible líquido), comprendiendo dicho procedimiento:

pulverizar la carga precalentada a un inyector;

precalentar vapor de agua a una temperatura de 600 a 800ºC;

suministrar el vapor de agua precalentado al inyector a una razón de vapor de agua con respecto a carbono en la carga de al menos 0,7 y expandir el vapor de agua precalentado de manera adiabática en el inyector para formar un chorro de vapor de agua y carga pulverizada que no entra en contacto con ninguna pared de material del inyector y llegándose a transferir la energía cinética del vapor de agua a la carga pulverizada para hacer que se rompan las moléculas pesadas en la carga, siendo la energía suministrada a la carga mediante precalentamiento y la energía cinética del chorro apenas suficiente para iniciar la ruptura de las moléculas de la carga en dos para formar moléculas más ligeras y de ese modo provocar dicha conversión, siendo la ruptura endotérmica y consumiendo dicha energía cinética;

suministrar la carga y el vapor de agua del inyector después de que la carga haya entrado en contacto con el vapor de agua precalentado directamente a un reactor que está vacío y sin catalizador para alcanzar un equilibrio termodinámico, estando el reactor a de 440 a 520ºC y a de 20 a 30 bar;

expandir el contenido del reactor hasta una presión inferior y