ES2263670T3 - Proceso y aparato para la destilacion fraccionada de petroleo crudo. - Google Patents
Proceso y aparato para la destilacion fraccionada de petroleo crudo.Info
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Abstract
Proceso para la destilación fraccionada de petróleo crudo que comprende las etapas de: - proporcionar un turbo-mezclador que comprende un cuerpo tubular cilíndrico (1) equipado con una camisa de calentamiento (4), al menos una abertura de entrada (5), y al menos una abertura de salida (6) y que comprende un rotor (9) dotado con álabes (10) orientados helicoidalmente y soportados de forma rotatoria dentro de dicho cuerpo; - alimentar una corriente continua de petróleo crudo, previamente desalinizado y calentado a 310-400ºC, en dicho turbo-mezclador, estando la pared del turbo- mezclador calentada a la misma temperatura que la corriente de flujo de entrada de petróleo crudo; - proporcionar una corriente de vapor de forma continua en la misma dirección que dicha corriente de petróleo crudo; - someter ambas dichas corrientes a la acción mecánica de dicho rotor de álabes (9), accionado a una velocidad periférica de al menos 15 m/s, para mezclar íntimamente las dos corrientes, centrifugar las corrientes mezcladas contra dicha pared calentada para crear una delgada capa tubular dinámica en movimiento turbulento sobre la misma, y transportar las corrientes mezcladas a dicha al menos una abertura de salida (6); - descargar de forma continua dichas corrientes mezcladas y alimentarlas a una columna de fraccionamiento (8), en un nivel de altura predeterminada en la columna, para producir en la misma una corriente de vapor que fluye hacia arriba y una corriente de líquido que fluye hacia abajo, y - descargar de forma continua dicha corriente líquida que fluye hacia abajo de la parte inferior de dicha columna (8) y alimentarla de forma continua en dicho turbo-mezclador en la misma dirección que dicha corriente de petróleo crudo.
Description
Proceso y aparato para la destilación
fraccionada de petróleo crudo.
El campo de esta invención es la industria
petroquímica.
En particular, la invención se refiere a un
proceso y un aparato para el fraccionamiento de petróleo crudo.
Se conoce sobradamente que para obtener
productos adecuados para su uso como carburantes, materias primas
en la industria química, lubricantes, etc., a partir de petróleo
crudo, deben llevarse a cabo una serie de etapas de procesamiento
partiendo de la necesidad de la destilación fraccionada del petróleo
crudo. Ésta puede ir seguida de otros procesos, entre los que se
encuentran la conversión y la desintegración catalítica (cracking),
para el refinado adicional de productos obtenidos por el proceso de
fraccionamiento, mejorando su calidad o modificándolos.
La destilación fraccionada del petróleo crudo se
lleva a cabo en enormes columnas de fraccionamiento equipadas con
bandejas perforadas o en forma de campana, alimentando el petróleo
crudo, previamente desalinizado y calentado en un horno a una
temperatura de 310º a 400º, sobre una bandeja situada en un nivel de
altura intermedia en la columna. A esa temperatura, el petróleo
crudo es una mezcla de vapor y líquido. Los componentes vaporizados
con un bajo punto de ebullición fluyen subiendo a través de las
bandejas superpuestas en la columna, mientras que los componentes
con alto punto de ebullición fluyen descendiendo a través de las
bandejas subyacentes hacia la parte inferior de la columna.
Puesto que los expertos en la técnica estarán
seguramente familiarizados con el funcionamiento de una columna de
fraccionamiento en su conjunto, se prestará atención a lo que sucede
en la parte inferior de la columna.
Habitualmente se inyecta vapor en la parte
inferior de la columna para extraer de la corriente de líquido que
fluye hacia abajo, hacia la parte inferior de la columna, cualquier
componente volátil atrapado en la misma y mejorar la salida de
componentes con bajo punto de ebullición del proceso de
fraccionamiento.
La solicitud de patente
FR-A-2 277 611 da a conocer un
proceso para la eliminación por destilación de fracciones
secundarias de líquidos oleosos, proceso que comprende la puesta en
contacto íntimo de la alimentación con un agente en el estado
gaseoso sobrecalentado (vapor) en un recipiente de mezcla y
alimentar la mezcla en una columna de fraccionamiento.
La solicitud de patente
EP-A-0 728 728 da a conocer un
método para la producción de sales de calcio de ácidos débiles
usando un turbo-mezclador que comprende un cuerpo
cilíndrico tubular equipado con una camisa de calentamiento,
aberturas de entrada y de salida y un rotor formado con álabes
orientados helicoidalmente y soportados de forma rotatoria dentro
de dicho cuerpo.
A medida que avanza el proceso de
fraccionamiento, el líquido acumulado en la parte inferior de
columna se hace cada vez más denso y viscoso, volviéndose con el
tiempo un residuo similar al alquitrán. Por esta razón, el proceso
debe detenerse periódicamente para permitir la eliminación de los
depósitos y la limpieza de la parte inferior de la columna.
Por supuesto, la detención del proceso de
refinado perjudica el rendimiento de la planta.
También, una cantidad importante de valiosos
componentes de bajo punto de ebullición permanece atrapada en el
residuo viscoso, siendo imposible extraerlos del residuo mediante la
habitual inyección de vapor.
El problema en el que se basa esta invención es
proporcionar un proceso y un aparato que superen los inconvenientes
anteriormente mencionados de los procesos de refinado de petróleo
anteriores.
La idea que condujo a la solución del problema
anterior fue la de colocar el petróleo crudo que debe fraccionarse
en contacto, del modo más íntimo posible, con el vapor de arrastre
para incrementar el rendimiento en componentes ligeros y reducir a
un mínimo las detenciones periódicas para eliminar el residuo de la
parte inferior de la columna.
Así, el problema técnico se ha solventado
mediante un proceso que comprende las etapas de:
- -
- proporcionar un turbo-mezclador, que comprende un cuerpo tubular cilíndrico equipado con una camisa de calentamiento, al menos una abertura de entrada, al menos una abertura de salida y un rotor formado con álabes orientados helicoidalmente y soportados de forma rotatoria dentro de dicho cuerpo;
- -
- alimentar una corriente continua de petróleo crudo, previamente desalinizado y calentado a 310-400ºC, en dicho turbo-mezclador, estando la pared del turbo-mezclador calentada a la misma temperatura que la corriente de flujo de entrada de petróleo crudo;
- -
- proporcionar una corriente de vapor de forma continua en la misma dirección que dicha corriente de petróleo crudo;
- -
- someter ambas corrientes a la acción mecánica de dicho rotor de álabes, accionado a una velocidad periférica de al menos 15 m/s, para mezclar íntimamente las dos corrientes, centrifugar las corrientes mezcladas contra dicha pared calentada para crear una delgada capa tubular dinámica en movimiento turbulento sobre la misma, y transportar dichas corrientes mezcladas a dicha al menos una abertura de salida; y
- -
- descargar de forma continua dichas corrientes mezcladas y alimentarlas a una columna de fraccionamiento, en un nivel de altura predeterminada en la columna, para producir en su interior una corriente de vapor que fluye hacia arriba y una corriente de líquido que fluye hacia abajo, y
- -
- descargar de forma continua dicha corriente líquida que fluye hacia abajo de la parte inferior de la columna y alimentarla de forma continua en el turbo-mezclador en la misma dirección que la corriente de petróleo crudo.
La velocidad del rotor de álabes es
preferiblemente de 15 a 40 m/s.
En una realización alternativa de esta
invención, el turbo-mezclador puede usarse sólo para
mezclar el vapor y el líquido que fluye hacia abajo desde la parte
inferior de la columna de fraccionamiento, y el petróleo crudo
puede alimentarse directamente en la columna de fraccionamiento.
En este caso, el método de esa invención
comprendería las etapas de:
- -
- proporcionar un turbo-mezclador, que comprende un cuerpo tubular cilíndrico equipado con una camisa de calentamiento, al menos una abertura de entrada y al menos una abertura de salida, y que comprende un rotor formado con álabes orientados helicoidalmente y soportados de forma rotatoria dentro de dicho cuerpo;
- -
- proporcionar una columna de destilación fraccionada;
- -
- alimentar una corriente continua de petróleo crudo, previamente desalinizado y calentado a 310-400ºC, en dicha columna de fraccionamiento, en un nivel de altura predeterminada en la columna, para producir en la misma una corriente de vapor que fluye hacia arriba y una corriente de líquido que fluye hacia abajo;
- -
- descargar de forma continua dicha corriente líquida que fluye hacia abajo de la parte inferior de dicha columna y alimentarla de forma continua en dicho turbo-mezclador en la misma dirección que una corriente de vapor continua, estando la pared de dicho turbo-mezclador calentada a 310-400ºC;
- -
- someter ambas corrientes a la acción mecánica de dicho rotor de álabes, accionado a una velocidad periférica de al menos 15 m/s, para mezclar íntimamente las dos corrientes, centrifugar las corrientes mezcladas contra dicha pared calentada para crear una delgada capa tubular dinámica en movimiento turbulento sobre la misma, y transportar dichas corrientes mezcladas a dicha al menos una abertura de salida; y
- -
- descargar de forma continua dichas corrientes mezcladas y alimentarlas continuamente a dicha columna de fraccionamiento, a dicho nivel de altura predeterminada de la misma.
Se ha descubierto de forma experimental que, al
mezclar el petróleo crudo y el vapor de forma íntima dentro del
turbo-mezclador, puede obtenerse una destilación más
efectiva y a una temperatura de funcionamiento inferior. La
temperatura inferior minimiza adicionalmente cualquier reacción de
desintegración catalítica no deseada.
Al poner en contacto íntimo el petróleo y el
vapor de manera instantánea dentro del
turbo-mezclador, se favorece una separación más
rápida y efectiva de los componentes volátiles y se reduce la
cantidad de recirculación necesaria para un fraccionamiento
adecuado.
Además, la recirculación de la fase líquida
recogida de la parte inferior de la columna permite que los
componentes de bajo punto de ebullición, que en los procesos de
fraccionamiento convencionales permanezcan atrapados en el residuo
en la parte inferior de la columna para liberarse en la parte más
superior.
Una ventaja importante del proceso de la
invención es que puede evitar, o al menos minimizar, la formación
de residuos viscosos densos en la parte inferior de la columna
gracias a que el líquido en la parte inferior de la columna se hace
circular de forma continua de vuelta al
turbo-mezclador.
El aparato mencionado en último lugar se realiza
prácticamente con función de auto-limpieza mediante
la potente acción mecánica de los álabes del rotor, que rascan la
superficie de la pared interna del cuerpo cilíndrico en el
turbo-mezclador, barriéndolo constantemente.
De este modo se elimina la necesidad de limpiar
periódicamente la parte inferior de la columna, o al menos se
reduce en gran medida, lo que, tal como se comentó anteriormente,
reduce considerablemente el rendimiento de la planta de
refinado.
Las ventajas adicionales del proceso de esta
invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción de
una realización de la misma, que se da en este caso a continuación a
modo de ejemplo no limitativo con referencia al dibujo adjunto, que
muestra esquemáticamente un aparato para llevar a cabo este
proceso.
Con referencia al dibujo, un aparato usado para
llevar a cabo el proceso de la invención es de un tipo conocido
como "turbo-mezclador" (por ejemplo, como el
suministrado por VOMM Impianti e Processi, de Rozzano, MI, Italia).
Comprende básicamente un cuerpo cilíndrico tubular 1 que está
cerrado en ambos extremos por paredes finales 2, 3 y que está
equipado con una camisa de calentamiento coaxial a través de la que
se hace circular un fluido, por ejemplo un aceite diatérmico.
El cuerpo tubular 1 tiene una abertura de
entrada 5 para admitir petróleo crudo y vapor en su interior, y
tiene una abertura de salida 6 que se usa para descargar la mezcla
petróleo/vapor, estando esta abertura de salida en comunicación con
una columna de fraccionamiento 8 a través de un conducto 7.
Un rotor de álabes 9 está soportado de manera
rotatoria dentro del cuerpo tubular 1. Los álabes 10 de este rotor
están dispuestos de forma helicoidal y orientados para centrifugar
las corrientes del proceso y enviarlas al mismo tiempo a la salida.
Un motor 13 acciona el rotor 9 a una velocidad periférica en el
intervalo de 15 a 40 m/s, preferiblemente de 20 a 30 m/s.
En la práctica real, el
turbo-mezclador podría estar formado por más de una
abertura de entrada, dependiendo de los requisitos
individuales.
La columna 8 está esquematizada de forma más
destacable en el dibujo por ser convencional. Esta columna está en
comunicación, tal como se ha comentado anteriormente, con el
turbo-mezclador 1 a través del conducto 7,
extendiéndose dicho conducto desde la abertura de salida 6 del
turbo-mezclador hasta una abertura 11 prevista en
un nivel de altura predeterminada en la columna 8. La columna 8
también está comunicada con el turbo-mezclador 1 a
través de un conducto 12 que se extiende desde una abertura 13 en la
parte inferior de la columna hasta la abertura de entrada 5 del
turbo-mezclador 1.
El proceso de esta invención se realiza en este
aparato de la manera descrita a continuación.
Una corriente de petróleo crudo, previamente
desalinizada y calentada a 310-400ºC por un horno,
se alimenta de forma continua en el turbo-mezclador
1 a través de la abertura de entrada 5. El
turbo-mezclador 1 también se alimenta de forma
continua con una corriente de vapor, al mismo tiempo y en la misma
dirección que la corriente de petróleo, también a través de la
abertura de entrada 5. Las fases de líquido y de vapor que
comprenden la corriente de petróleo calentado se centrifugan ambas
por los álabes 10 del rotor 9 contra la pared interna calentada del
turbo-mezclador, directamente cuando entra en el
turbo-mezclador junto con la corriente de vapor en
la alimentación. La orientación helicoidal de los álabes 10 del
rotor 9 también es efectiva para transportar la corriente mezclada
de petróleo y vapor hacia la abertura de descarga 6.
A través de su ruta de tratamiento en el
turbo-mezclador 1, la corriente mezclada tiene la
forma de una delgada capa dinámica tubular en movimiento turbulento
a través de la pared interna del turbo-mezclador
hacia la abertura de descarga 6.
En esta situación se produce un profundo
intercambio de materia y energía entre el petróleo crudo y el vapor,
y tiene lugar una "predestilación" de clasificación, en la que
los componentes de bajo punto de ebullición empiezan a separarse y,
lo más importante, se forma una mezcla de fases de líquido y de
vapor que puede destilarse en columnas de fraccionamiento
convencionales en condiciones menos duras que las
convencionales.
Esta mezcla de corrientes de petróleo crudo y
vapor que fluye hacia el exterior del
turbo-mezclador a través de la abertura 6, tras un
tiempo de permanencia de 15 a 60 segundos dentro del
turbo-mezclador, se lleva por el conducto 7 a la
columna de fraccionamiento 8 en la que se alimenta a un nivel de
altura predeterminada en la columna a través de la abertura 11.
En esta fase tienen lugar fenómenos de
intercambio de energía conocidos en las diversas bandejas en la
columna, llevándose a cabo las etapas repetidas de vaporización y
condensación que hacen que se fraccionen los componentes. Los
componentes más volátiles se condensan al alcanzar la parte superior
de la columna y se reenvían en parte a la columna como reflujo, tal
como es habitual en las operaciones de fraccionamiento de petróleo
crudo. Las fracciones interesantes (gasolina, diesel, queroseno,
etc.) pueden extraerse del mismo modo en diferentes niveles de
altura de la columna.
Por otro lado, los componentes de alto punto de
ebullición fluyen hacia abajo y se acumulan en la parte inferior de
la columna, donde se descargan a través de la abertura 13 y se
vuelven a alimentar al turbo-mezclador por el
conducto 12, junto con el petróleo crudo.
De este modo se evita el residuo denso y viscoso
que normalmente se forma en la parte inferior de las columnas de
fraccionamiento que funcionan de manera convencional y tiende a
incluir valiosos componentes de bajo punto de ebullición que ya no
pueden liberarse mediante la simple destilación por arrastre de
vapor inyectado en la parte inferior de la columna, disminuyendo
así el rendimiento del proceso.
Dentro del turbo-mezclador, la
densidad del líquido que está procesándose con vapor aumenta
progresivamente y eleva la carga en el motor de accionamiento del
rotor de álabes. Cuando el amperaje del motor alcanza un valor
umbral predeterminado, el material contenido en el
turbo-mezclador se descarga y opcionalmente se
transporta a una columna de fraccionamiento al vacío también
equipada con un turbo-mezclador correspondiente, a
través del conducto especial 14.
Gracias al contacto íntimo establecido entre el
vapor y los componentes orgánicos dentro de la delgada capa
turbulenta tubular en el interior del
turbo-mezclador –componentes orgánicos tanto a
partir del petróleo nuevamente alimentado al aparato como de la
corriente recirculada desde la parte inferior de la columna de
fraccionamiento- los componentes de bajo punto de ebullición se
liberan de forma efectiva de una vez, incluso después de que la
corriente recirculada desde la parte inferior de la columna se haya
vuelto muy densa y viscosa.
El proceso de esta invención se ilustra
adicionalmente en referencia a un ejemplo de una destilación
fraccionada de petróleo crudo llevada a cabo en una columna de
fraccionamiento convencional que funciona bajo una presión
atmosférica. El proceso de esta invención podría, no obstante,
realizarse al vacío usando columnas de fraccionamiento diseñadas
para el funcionamiento a baja presión y ajustando los parámetros
experimentales de maneras sobradamente conocidas por los expertos
en la técnica.
Ejemplo
Usando el aparato que se resume en la presente
memoria en el proceso de esta invención, se alimentó petróleo crudo
desde un horno de precalentamiento a 350ºC de forma continua a un
turbo-mezclador 1 a una velocidad de 1000 l/h, al
mismo tiempo y en la misma dirección que una corriente de vapor.
La temperatura de la pared se mantuvo a 350ºC y
la velocidad de rotación del rotor de álabes 9 se mantuvo constante
a 30 m/s.
Tras una media de 50 segundos de permanencia en
el turbo-mezclador, una corriente de vapor y
componentes de petróleo gaseosos y líquidos se descargó de forma
continua y se alimentó de forma continua en una columna de
fraccionamiento 8 bajo una presión atmosférica al nivel de una
bandeja intermedia en la columna.
Una vez alcanzado un estado de equilibrio para
la destilación, las fracciones habituales (gasolina, diesel,
queroseno, etc.) se extrajeron de forma continua en ciertos niveles,
al mismo tiempo que la tasa de reflujo se ajustó según el método
ASTM D 2892. Este método proporciona de 14 a 17 bandejas teóricas en
la columna y una tasa de reflujo de 5. En el estado regular se
descargó una corriente de líquido de forma continua desde la parte
inferior de la columna y se devolvió de forma continua al
turbo-mezclador por el conducto 12, al mismo tiempo
que se redujo la tasa de flujo de entrada de petróleo crudo nuevo al
turbo-mezclador. Así, la tasa de flujo total se
mantuvo a 1000 l/h para las dos corrientes.
Tras 4 semanas de funcionamiento continuo, el
proceso se detuvo para inspeccionar las condiciones del
turbo-mezclador. Se descubrió que el
turbo-mezclador no tenía ningún residuo viscoso
alquitranado.
El rendimiento del proceso mostró una mejora en
lo que respecta los valiosos componentes ligeros y se descubrió que
los componentes de alto punto de ebullición (por encima de 310ºC)
eran, insólitamente, de una gran calidad.
Claims (4)
-
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1. Proceso para la destilación fraccionada de petróleo crudo que comprende las etapas de:- -
- proporcionar un turbo-mezclador que comprende un cuerpo tubular cilíndrico (1) equipado con una camisa de calentamiento (4), al menos una abertura de entrada (5), y al menos una abertura de salida (6) y que comprende un rotor (9) dotado con álabes (10) orientados helicoidalmente y soportados de forma rotatoria dentro de dicho cuerpo;
- -
- alimentar una corriente continua de petróleo crudo, previamente desalinizado y calentado a 310-400ºC, en dicho turbo-mezclador, estando la pared del turbo-mezclador calentada a la misma temperatura que la corriente de flujo de entrada de petróleo crudo;
- -
- proporcionar una corriente de vapor de forma continua en la misma dirección que dicha corriente de petróleo crudo;
- -
- someter ambas dichas corrientes a la acción mecánica de dicho rotor de álabes (9), accionado a una velocidad periférica de al menos 15 m/s, para mezclar íntimamente las dos corrientes, centrifugar las corrientes mezcladas contra dicha pared calentada para crear una delgada capa tubular dinámica en movimiento turbulento sobre la misma, y transportar las corrientes mezcladas a dicha al menos una abertura de salida (6);
- -
- descargar de forma continua dichas corrientes mezcladas y alimentarlas a una columna de fraccionamiento (8), en un nivel de altura predeterminada en la columna, para producir en la misma una corriente de vapor que fluye hacia arriba y una corriente de líquido que fluye hacia abajo, y
- -
- descargar de forma continua dicha corriente líquida que fluye hacia abajo de la parte inferior de dicha columna (8) y alimentarla de forma continua en dicho turbo-mezclador en la misma dirección que dicha corriente de petróleo crudo.
- 2. Proceso para la destilación fraccionada de petróleo crudo que comprende las etapas de:
- -
- proporcionar un turbo-mezclador que comprende un cuerpo tubular cilíndrico (1) equipado con una camisa de calentamiento (4), al menos una abertura de entrada (5) y al menos una abertura de salida (6), y que comprende un rotor (9) formado por álabes (10) orientados helicoidalmente y soportados de forma rotatoria dentro de dicho cuerpo;
- -
- proporcionar una columna de destilación fraccionada (8);
- -
- alimentar una corriente continua de petróleo crudo, previamente desalinizado y calentado a 310-400ºC, en dicha columna de fraccionamiento (8), a un nivel de altura predeterminada en la columna, para producir en la misma una corriente de vapor que fluye hacia arriba y una corriente de líquido que fluye hacia abajo;
- -
- descargar de forma continua dicha corriente líquida que fluye hacia abajo de la parte inferior de dicha columna (8) y alimentarla de forma continua en dicho turbo-mezclador en la misma dirección que una corriente de vapor continua, estando la pared de dicho turbo-mezclador calentada a 310-400ºC;
- -
- someter ambas corrientes a la acción mecánica de dicho rotor de álabes (9), accionado a una velocidad periférica de al menos 15 m/s, para mezclar íntimamente las dos corrientes, centrifugar dichas corrientes mezcladas contra dicha pared calentada para crear una delgada capa tubular dinámica en movimiento turbulento sobre la misma, y transportar las corrientes mezcladas a dicha al menos una abertura de salida (6); y
- -
- descargar de forma continua dichas corrientes mezcladas y alimentarlas continuamente a dicha columna de fraccionamiento (8), a dicho nivel de altura predeterminada.
- 3. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la velocidad de rotación de dicho rotor de álabes es de 15 a 40 m/s.
- 4. Aparato para la destilación fraccionada de petróleo crudo que comprende al menos una columna de rectificación (8) y caracterizado porque dicha al menos una columna (8) está en comunicación fluida con un turbo-mezclador que comprende un cuerpo tubular cilíndrico (1) equipado con una camisa de calentamiento (4), al menos una abertura de entrada (5) y al menos una abertura de salida (6), y que comprende un rotor (9) formado por álabes (10) orientados helicoidalmente y soportados de forma rotatoria dentro de dicho cuerpo, estando dicha al menos una abertura de salida (6) de dicho turbo-mezclador en comunicación a través de un conducto (7) con una abertura (11) prevista en un nivel de altura predeterminada en dicha columna (8) y estando dicha al menos una abertura de entrada (5) de dicho turbo-mezclador en comunicación a través de un conducto (12) con una abertura (13) prevista en la parte inferior de dicha columna (8).
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