ES2298783T3

ES2298783T3 - Tratamiento de fracciones de crudo, combustibles fosiles y productos asociados con energia sonica.

Info

Publication number: ES2298783T3
Application number: ES04751584T
Authority: ES
Inventors: Mark Cullen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2008-05-16
Anticipated expiration: 2024-05-06
Also published as: AU2004238288B2; CA2528802A1; DK1635924T3; WO2004101100A3; US20050167336A1; PT1635924E; DE602004010906D1; AU2011200452B2; EP1635924A4; SI1635924T1; US20060157339A1; DK1844831T3; CY1107363T1; ES2428153T3; AU2004238288A1; US20040035753A1; EP1635924A2; HK1088269A1; US7081196B2; US20050182285A1

Abstract

Proceso para eliminar azufre orgánico de una fracción de crudo, comprendiendo dicho proceso: a) La exposición de dicha fracción de crudo en ausencia de agua añadida de cualquier solución acuosa a una energía sónica con un intervalo de frecuencia de entre aproximadamente 2 kHz y aproximadamente 100 kHz, y un intervalo de desplazamiento de amplitud de entre aproximadamente 10 micrones y aproximadamente 300 micrones; b) La puesta en contacto de dicha fracción de crudo proveniente de la etapa a) con gas hidrógeno bajo las condiciones que causan la conversión de dicho azufre orgánico por hidrodesulfuración.

Description

Tratamiento de fracciones de crudo, combustibles fósiles y productos asociados con energía sónica.

Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención

Esta invención radica en el campo de los procesos químicos para el tratamiento de fracciones de crudo y de diversos tipos de productos derivados y obtenidos de estas fuentes. En particular, esta invención aborda procesos de reformación como reacciones de apertura del anillo y la saturación de dobles enlaces, para mejorar combustibles fósiles y convertir productos orgánicos en formas que mejorarán su rendimiento y ampliarán su utilidad. Esta invención también consiste en eliminar compuestos azufrados, compuestos nitrogenados, y otros componentes no deseables del petróleo y de combustibles basados en él.

2. Descripción de la técnica anterior

Los combustibles fósiles son la fuente de energía más importante y más ampliamente utilizada en el mundo, ofreciendo gran eficacia, un rendimiento probado y precios relativamente bajos. Existen muchos tipos diferentes de combustibles fósiles, que abarcan desde fracciones del petróleo hasta el carbón, arenas alquitranosas, y petróleo de esquisto, con usos que abarcan desde usos de consumidor, tales como motores automotrices y calefacción doméstica hasta usos comerciales, tales como calderas, hornos, unidades de fundición y centrales eléctricas.

Los combustibles fósiles y otras fracciones de crudo y los productos derivados de fuentes naturales contienen una serie extensa de hidrocarburos que difieren ampliamente en el peso molecular, puntos de ebullición y fusión, reactividad y facilidad de procesamiento. Se han desarrollado muchos procesos industriales para mejorar estos materiales mediante la eliminación, dilución o conversión de los componentes más pesados o de aquellos que tienden a polimerizar o, de lo contrario, a solidificar, particularmente las olefinas, los aromáticos, y los compuestos con anillos fusionados, tales como los naftalenos, indanos e indenos, antracenos, y fenantracenos. Una manera común de efectuar la conversión de estos compuestos es la saturación por hidrogenación de dobles enlaces.

Para los combustibles fósiles en particular, la necesidad de eliminar los compuestos de azufre es una preocupación creciente. El azufre de los compuestos de azufre causa corrosión en las tuberías u oleoductos y en los equipos de bombeado y refinado, el envenenamiento de los catalizadores utilizados en el refinado y la combustión de los combustibles fósiles, y el fallo prematuro de los motores de combustión. El azufre envenena los convertidores catalíticos utilizados para controlar las emisiones de óxidos de nitrógeno (NO_{x}) en los camiones y autobuses con motor diesel. El azufre también causa un aumento de las emisiones de partículas (hollín) de camiones y autobuses mediante la degradación de las trampas de partículas utilizadas en estos vehículos. La combustión del combustible azufrado produce dióxido de azufre que penetra en la atmósfera como lluvia ácida, infligiendo daños en la agricultura y la fauna, y poniendo en peligro la salud humana.

La Ley de Aire Limpio de 1964 y sus diversas enmiendas han impuesto unos niveles estándares de emisión de azufre que son difíciles y caros de cumplir. De acuerdo con la Ley, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos ha fijado un límite superior de 15 partes por millón en peso (ppmp) para el contenido de azufre en el combustible diesel, efectivo a mediados del 2006. Esto supone una reducción severa respecto al nivel estándar de 500 ppmp efectivo en el año 2000. Para la gasolina reformulada, el nivel estándar de 300 ppmp del año 2000 ha sido reducido a 30 ppmp, efectivo el 1 de enero del 2004. En la Unión Europea se han promulgado cambios similares, que harán cumplir un límite de 50 ppmp de azufre tanto para la gasolina como para el combustible diesel en el año 2005. El tratamiento de los combustibles para conseguir unas emisiones de azufre lo suficientemente bajas como para cumplir estos requisitos es difícil y caro, y el aumento que esto causa en los precios del combustible tendrá una influencia muy importante en la economía mundial.

El principal procedimiento de desulfuración del combustible fósil de la técnica anterior es la hidrodesulfuración, es decir, la reacción entre el combustible fósil y el gas hidrógeno a temperaturas y presiones elevadas en presencia de un catalizador. Esto causa la reducción del azufre orgánico a H_{2}S gaseoso, que a continuación se oxida a azufre elemental mediante el proceso de Claus. Sin embargo, una cantidad considerable de H_{2}S permanece sin reaccionar, con sus correspondientes peligros para la salud. Una limitación añadida de la hidrodesulfuración es que no es igualmente efectiva en la eliminación de todos los compuestos que contienen azufre. Los mercaptanos, tioéteres, y disulfuros, por ejemplo, se descomponen y se eliminan fácilmente mediante el proceso, mientras que los compuestos aromáticos del azufre, los compuestos cíclicos del azufre, y los compuestos multicíclicos condensados del azufre son menos sensibles al proceso. El tiofeno, benzotiofeno, dibenzotiofeno, otros tiofenos de anillos condensados, y las versiones sustituidas de estos compuestos, que representan hasta el 40% del contenido total de azufre en los crudos de Oriente Medio y el 70% del contenido de azufre en el crudo del oeste de Texas, son particularmente resistentes a la hidrodesulfuración.

A la luz de las deficiencias asociadas con la hidrodesulfuración, han surgido nuevos procesos, siendo el más destacado la desulfuración oxidativa, que tiene por objeto efectuar la eliminación del azufre con mayor eficacia. Esencialmente, tal proceso implica la oxidación de las especies de azufre que puedan estar presentes, generalmente a través de la utilización de un agente oxidante, tal como un hidroperóxido o un perácido, para así convertir los compuestos de azufre en sulfonas. Para facilitar tal reacción oxidativa, pueden aplicarse ultrasonidos tal como se describe en la patente estadounidense número 6.402.939 concedida a Yen et al., titulada OXIDATIVE DESULFURIZATION OF FOSSIL FUELS WITH ULTRASOUND; y en la patente estadounidense número 6.500.219 concedida a Gunnerman, titulada CONTINUOUS PROCESS FOR OXIDATIVE DESULFURIZATION OF FOSSIL FUELS WITH ULTRASOUND AND PRODUCTS THEREOF.

Ventajosamente, la desulfuración oxidativa puede llevarse a cabo bajo temperaturas y presiones moderadas, y además generalmente no requiere hidrógeno. Adicionalmente ventajoso es el hecho de que la desulfuración oxidativa requiere mucho menos, en términos de desembolso de capital, para implementarse. A este respecto, la desulfuración oxidativa puede utilizarse selectivamente para tratar sólo una única fracción de petróleo refinado, como el diesel, y puede integrarse fácilmente como un proceso de acabado en instalaciones de refinería existentes. Quizá lo más ventajoso es el hecho de que la desulfuración oxidativa puede eliminar considerablemente todas las especies de azufre presentes en una cantidad de crudo dada de manera que puedan obtenerse niveles de azufre ultra bajos, y en particular los niveles estándares más bajos que se exponen en diversos requisitos legislativos referentes a los niveles de contenido en azufre.

Sin embargo, a pesar de tales ventajas, la desulfuración oxidativa es actualmente ineficaz para ser utilizada en operaciones de refino a gran escala en la medida en que las técnicas de desulfuración oxidativa utilizadas actualmente sólo oxidan parcialmente las especies de azufre presentes a sulfóxidos, en vez de a sulfonas. A este respecto, las técnicas actuales de desulfuración oxidativa son demasiado ineficaces y no pueden alcanzar la suficiente oxidación necesaria para implementarse a gran escala. Además, en la medida en que la especie de azufre se oxida sólo parcialmente (es decir, a sulfóxido), la eliminación final de la especie de azufre, que se logra generalmente bien sea a través de extracción por disolvente o de absorción basada en la polaridad diferencial de las sulfonas que se supone están presentes en un proceso tal, fracasa en facilitar la eliminación de los componentes sulfóxidos basada en su menor grado de polaridad (es decir, comparado con las sulfonas). Por consiguiente, deben realizarse mejoras considerables a la desulfuración oxidativa antes de que esa tecnología pueda implementarse de forma práctica.

Además de los compuestos que contienen azufre, también se tiene por objeto eliminar los compuestos que contienen nitrógeno de los combustibles fósiles, ya que estos compuestos tienden a envenenar los componentes ácidos de los catalizadores de hidrocraqueo utilizados en la refinería. La eliminación de los compuestos que contienen nitrógeno se consigue mediante hidrodesnitrogenación, que es un tratamiento de hidrógeno que se lleva a cabo en presencia de catalizadores de sulfuro de metal. Tanto la hidrodesulfuración como la hidrodesnitrogenación requieren catalizadores caros, así como elevadas temperaturas (generalmente de entre 400ºF y 850ºF, que equivale a un intervalo de entre 204ºC y 254ºC) y presiones (generalmente de entre 50 psi y 3.500 psi). Estos procesos requieren una fuente de hidrógeno o una unidad de producción de hidrógeno in situ, que implica grandes desembolsos de capital y costes de explotación elevados. En ambos de estos procesos, existe también un riesgo de escape de hidrógeno del reactor.

En este contexto, existe en la técnica una necesidad considerable de sistemas y procedimientos que sean operativos para efectuar la eliminación del azufre de los combustibles fósiles refinados que sea (dicha eliminación) considerablemente efectiva en eliminar prácticamente todas las especies de azufre presentes en el combustible fósil, que sea además extremadamente rentable y pueda integrarse fácilmente en los procesos de refinado de petróleo convencionales. Existe asimismo una necesidad en la técnica de un procedimiento tal que sea eficaz en la eliminación de los compuestos nitrogenados, que sea además rentable y considerablemente eficaz en la eliminación de prácticamente todas las especies de nitrógeno presentes en dicho combustible fósil. Todavía más, existe una necesidad de un proceso tal que sea capaz de mejorar la calidad del combustible fósil refinado tratado de ese modo y que pueda utilizarse fácilmente en operaciones de refinería bien sea a gran escala o a pequeña escala.

Breve sumario de la invención

Se ha descubierto recientemente que los combustibles fósiles, las fracciones de crudo, y muchos de los componentes que se derivan de estas fuentes pueden experimentar diversas conversiones beneficiosas y ser mejorados de diversas maneras mediante un proceso que aplica energía sónica a estos materiales en un medio de reacción.

Para este propósito, la presente invención propone un proceso según la reivindicación 1.

Incluidas entre las conversiones conseguidas por la presente invención se encuentran la eliminación de los compuestos orgánicos de azufre, la eliminación de los compuestos orgánicos de nitrógeno. La invención radica así en el proceso de utilización de energía sónica para conseguir estas conversiones. La invención radica adicionalmente en procesos de apertura de uno o más anillos en una estructura de anillos fusionados, convirtiendo de ese modo por ejemplo anillos fusionados heterocíclicos, tales como benzotiofenos, dibenzotiofenos, benzofuranos, quinolinas, indoles, y similares en bencenos sustituidos, acenaftalenos. Todavía más, la invención radica en procesos de ruptura de enlaces carbono-azufre y enlaces carbono-nitrógeno.

Además de lo anteriormente indicado, como resultado de los tratamientos según la invención se incrementan las gravedades API de los combustibles fósiles y de las fracciones de crudo (es decir, disminuyen las densidades). Además, la invención incrementa el índice de cetano de fracciones de petróleo y de productos de craqueo cuyos puntos o intervalos de ebullición se encuentran en el rango o la gama del diesel. El término "rango o gama del diesel" se utiliza en la presente memoria en el sentido de la industria para referirse a la parte de crudo que se destila después de la nafta, y generalmente dentro del intervalo de temperatura de entre aproximadamente 200ºC (392ºF) y aproximadamente 370ºC (698ºF). Las fracciones y los productos de craqueo cuyos intervalos de ebullición están contenidos en este intervalo, así como aquellos que se solapan con este intervalo en una medida mayoritaria, están incluidos. Ejemplos de fracciones y corrientes de refinería dentro del rango o la gama del diesel son las fracciones de petróleo del ciclo de craqueo catalítico fluido (FCC), fracciones de destilado de coque, fracciones de diesel de destilación directa, y mezclas. La invención también proporciona otros cambios beneficiosos, tales como un descenso de los puntos de ebullición y una eliminación de los componentes que son perjudiciales para el rendimiento del combustible y de aquellos que afectan a los procesos de refinería y elevan el coste de producción del combustible. Así, por ejemplo, los petróleos del ciclo de FCC pueden tratarse de acuerdo con la invención para reducir marcadamente su contenido en aromáticos.

Un grupo adicional de fracciones de crudo para las que la invención es particularmente útil son los gasóleos, cuyo término se utiliza en la presente memoria como en la industria petrolífera, para referirse a los destilados líquidos del petróleo con puntos de ebullición más elevados que la nafta. El punto de ebullición inicial puede ser de un valor tan bajo como de 400ºF (200ºC), pero el intervalo de ebullición preferente es de entre aproximadamente 500ºF y aproximadamente 1100ºF (aproximadamente igual a un intervalo de entre 260ºC y 595ºC). Ejemplos de fracciones que entran en ebullición dentro de este intervalo son el petróleo espeso o la fracción pesada del petróleo denominada "slurry oil" de FCC, los gasóleos ligeros y pesados, llamados así en vista de sus diferentes puntos de ebullición, y los gasóleos de coque. Todos los términos de este párrafo y del párrafo anterior en la presente memoria se utilizan como en la técnica del petróleo.

En virtud de las conversiones que se producen como resultado del proceso de esta invención, las corrientes de hidrocarburos experimentan cambios en sus propiedades de fluido frío, incluyendo sus puntos de escurrimiento, puntos de enturbiamiento y puntos de congelación. Son reducidos los compuestos de azufre, y los compuestos de nitrógeno, y el uso de un proceso según esta invención reduce significativamente la carga sobre procesos convencionales, tales como la hidrodesulfuración y la hidrodesnitrogenación, que pueden por tanto llevarse a acabo con mayor eficiencia y eficacia.

Estas y otras ventajas, características, aplicaciones y formas de realización de la invención se pondrán de manifiesto mediante la descripción que a continuación sigue.

Descripción detallada de la invención y formas de realización específicas

La expresión "combustible fósil líquido" en la presente memoria se utiliza para referirse a cualquier líquido carbonoso derivado del petróleo, carbón, o cualquier otro material que existe de forma natural, así como a combustibles procesados, tales como los gasóleos y los productos de las unidades de craqueo catalítico fluido, unidades de hidrocraqueo, unidades de craqueo térmico, y coques, y que se utiliza para generar energía para cualquier tipo de uso, incluyendo usos industriales, usos comerciales, usos gubernamentales, y usos de consumidor. Incluidos entre estos combustibles se encuentran los combustibles para vehículos automotrices, tales como la gasolina, combustible diesel, combustible para aviones, y combustible para vehículos espaciales, así como fueloils basados en residuos del petróleo incluyendo combustibles bunker y combustibles residuales. El fueloil nº 6, por ejemplo, que también se conoce como fueloil "Bunker C", se utiliza en centrales eléctricas de fuel como combustible principal y se utiliza también como combustible de propulsión principal en embarcaciones de gran calado en la industria naviera. Los fueloils nº 4 y nº 5 se utilizan para calentar edificios grandes, tales como escuelas, edificios de apartamentos, y edificios de oficinas, y grandes motores estacionarios marinos. El fueloil más pesado es el residuo de vacío de la destilación fraccionada, comúnmente denominado "vacuum resid" o "residuo de vacío", con un punto de ebullición de 565ºC y superior, que es utilizado como asfalto y carga de coque. La presente invención es útil en el tratamiento de cualquiera de estos combustibles y fueloils con fines de reducir el contenido en azufre, el contenido en nitrógeno, y el contenido en aromáticos, y para la mejora general para mejorar el rendimiento y mejorar la utilidad. Algunas formas de realización de la invención implican el tratamiento de fracciones o productos en el rango o la gama del diesel que incluyen, pero no están limitadas a, combustible diesel de destilación directa, combustible diesel de surtidor o "feed-rack" (tal como está comercialmente disponible para los consumidores en las gasolineras), petróleo del ciclo ligero, y mezclas de diesel de destilación directa y petróleo del ciclo ligero en una proporción de entre 10:90 y 90:10 (diesel de destilación directa:petróleo del ciclo ligero).

La expresión "fracción de crudo" en la presente memoria se utiliza para referirse a cualquiera de los diversos productos de refinería producidos a partir del crudo, bien sea por destilación atmosférica o por destilación al vacío, incluyendo las fracciones que han sido tratadas por hidrocraqueo, craqueo catalítico, craqueo térmico o coqueo, y aquellas que han sido desulfuradas. Son ejemplos la nafta ligera de destilación directa, la nafta pesada de destilación directa, nafta ligera craqueada a vapor, nafta ligera craqueada térmicamente, nafta ligera craqueada catalíticamente, nafta pesada craqueada térmicamente, nafta reformada, nafta alquilada, keroseno, keroseno hidrotratado, gasolina y gasolina ligera de destilación directa, diesel de destilación directa, gasóleo atmosférico, gasóleo ligero de vacío, gasóleo pesado de vacío, residuos, residuo de vacío, gasolina ligera de coque, destilado de coque, petróleo del ciclo de FCC (craqueo catalítico fluido), y petróleo espeso o fracción pesada del petróleo denominada "slurry oil" de
FCC.

El término "compuesto aromático con anillos fusionados" en la presente memoria se utiliza para referirse a los compuestos que contienen dos o más anillos fusionados, siendo por lo menos uno un anillo fenilo, con o sin sustituyentes, e incluyendo los compuestos en los que todos sus anillos fusionados son anillos fenilo o hidrocarbilo, así como los compuestos en los que uno o más de los anillos fusionados son anillos heterocíclicos. Son ejemplos los naftalenos sustituidos y no sustituidos, los antracenos, los benzotiofenos, los dibenzotiofenos, los benzofuranos, las quinolinas, y los indoles.

El término "olefinas" en la presente memoria se utiliza para referirse a los hidrocarburos, principalmente a aquellos que contienen dos o más átomos de carbono y uno o más dobles enlaces.

Los combustibles fósiles y las fracciones de crudo tratadas con energía sónica según esta invención presentan unas propiedades significativamente mejoradas en relación a los mismos materiales antes del tratamiento, convirtiendo estas mejoras en excepcionales los productos y mejorando su utilidad como combustibles. Específicamente, la presente invención es operativa para abrir los compuestos aromáticos con anillos fusionados mediante la conversión de estos en compuestos saturados. Un proceso tal es asimismo operativo para convertir olefinas en compuestos saturados de manera que por lo menos uno o más de los dobles enlaces presentes son reemplazados por enlaces simples.

Otra de estas propiedades mejoradas a través de la presente invención es la gravedad API. La expresión "gravedad API" en la presente memoria se utiliza tal como se utiliza entre los expertos en la materia del petróleo y de los combustibles derivados del petróleo. En general, la expresión representa una escala de medida adoptada por el Instituto Americano del Petróleo, aumentando los valores de la escala al descender los valores de la gravedad específica. Así, una gravedad API relativamente elevada significa una densidad relativamente baja. La escala de la gravedad API se extiende desde -20,0 (equivalente a una gravedad específica de 1,2691) hasta 100,0 (equivalente a una gravedad específica de 0,6112).

El proceso de la presente invención es aplicable a cualquier combustible fósil líquido, preferentemente a aquellos con gravedades API dentro del intervalo de entre -10 y 50, y lo más preferentemente dentro del intervalo de entre 0 y 45. Para materiales que entran en ebullición en el rango o la gama del diesel, el proceso de la invención se lleva a cabo preferentemente de una manera tal que los materiales de partida se convierten en productos con gravedades API dentro del intervalo de entre 37,5 y 45. Los petróleos del ciclo de FCC se convierten preferentemente en productos con gravedades API dentro del intervalo de entre 30 y 50. Para los combustibles fósiles líquidos en general, el proceso de la invención se lleva a cabo preferentemente para conseguir un aumento de la gravedad API en una cantidad de entre 2 unidades de gravedad API y 30 unidades de gravedad API, y más preferentemente en una cantidad de entre 7 unidades y 25 unidades. Tal como se indica alternativamente, la invención aumenta la gravedad API preferentemente desde por debajo de 20 hasta por encima de 35.

Tal como se ha indicado anteriormente, los combustibles fósiles que entran en ebullición dentro del rango o la gama del diesel que se tratan según esta invención experimentan una mejora de su índice de cetano (también denominado en la técnica el "número cetano") al tratarse según esta invención. Los combustibles diesel para los que la invención es de particular interés a este respecto son aquellos que tienen un índice de cetano superior a 40, preferentemente dentro del intervalo de entre 45 y 75, y lo más preferentemente dentro del intervalo de entre 50 y 65. La mejora en el índice de cetano también puede expresarse en términos de un incremento por encima del índice del material antes del tratamiento con energía sónica. En algunas formas de realización preferentes, el incremento es de una cantidad de entre 1 unidad de índice de cetano y 40 unidades de índice de cetano, y más preferentemente de una cantidad de entre 4 unidades y 20 unidades. Tal como una forma de expresión todavía adicional, la invención incrementa el índice de cetano preferentemente desde por debajo de 47 hasta aproximadamente 50. Esta invención puede utilizarse para producir combustibles diesel con un índice de cetano superior a 50,0, o preferentemente superior a 60,0. En términos de intervalos, la invención es capaz de producir combustibles diesel con un índice de cetano de entre aproximadamente 50,0 y aproximadamente 80,0, y preferentemente de entre aproximadamente 60,0 y aproximadamente 70,0. El índice o número de cetano tiene el mismo significado en esta especificación y en las reivindicaciones adjuntas que el que tiene entre los expertos en la materia de los combustibles para vehículos automotrices.

La energía sónica utilizada según esta invención consiste en ondas similares a las ondas sonoras cuya frecuencia se encuentra dentro del intervalo de entre aproximadamente 2 kHz y aproximadamente 100 kHz, y preferentemente dentro del intervalo de aproximadamente entre 10 kHz y aproximadamente 19 kHz. En una forma de realización más preferente, la energía sónica utilizada posee una frecuencia dentro del intervalo de entre aproximadamente 17 kHz y aproximadamente 19 kHz.

Tal como podrá apreciarse por los expertos en la materia, tales ondas sónicas pueden generarse por fuentes de energía mecánicas, eléctricas, electromagnéticas u otras fuentes de energía conocidas. A este respecto, los diversos procedimientos de producción y aplicación de energía sónica, y los proveedores comerciales de equipos de producción de energía sónica, son bien conocidos entre los expertos en la materia. Como ejemplo de tales sistemas capaces de ser utilizados en la práctica de la presente invención para proporcionar el grado necesario de energía sónica descrito en la presente memoria se incluyen aquellos sistemas ultrasónicos producidos por Hielscher Systems of Teltow, Alemania, y distribuidos domésticamente por Hielscher USA, Inc. De Ringwood, Nueva Jersey.

La intensidad de la energía sónica aplicada poseerá una magnitud suficiente como para efectuar la oxidación de las especies azufradas y nitrogenadas presentes en el combustible fósil que está siendo tratado, así como para abrir los compuestos con anillos fusionados y saturar los compuestos olefínicos que puedan estar presentes. Actualmente, se cree que la energía sónica aplicada debería tener una amplitud de desplazamiento en el intervalo de entre aproximadamente 10 micrómetros y 300 micrómetros, y puede ajustarse en función de si los procesos de la presente invención son realizados a elevadas temperaturas y/o a elevadas presiones. En la medida en que los procesos de la presente invención se realizan a temperatura y presión ambientales, puede ser apropiada una amplitud de desplazamiento de entre aproximadamente 30 micrómetros y aproximadamente 120 micrómetros, siendo preferente un intervalo de entre aproximadamente 36 micrómetros y aproximadamente 60 micrómetros. El intervalo preferente de energía que debería ser administrada por unidad de volumen (es decir, densidad de potencia) debería ser preferentemente de entre aproximadamente 0,01 vatios por centímetro cúbico y aproximadamente 100,00 vatios por centímetro cúbico de líquido tratado, y preferentemente de entre aproximadamente 1 vatio por centímetro cúbico y aproximadamente 20 vatios por centímetro cúbico de líquido tratado. Sin embargo, debe entenderse que pueden alcanzarse densidades de potencia más elevadas, dada la capacidad del equipo existente para producir una potencia de salida de hasta 16 kilovatios, y que puede utilizarse una potencia de salida tan elevada para facilitar las reacciones de la presente invención.

El tiempo de exposición del medio de reacción a la energía sónica no es crítico para la práctica o para el éxito de la invención, y el tiempo de exposición óptimo variará según el tipo de combustible que esté siendo tratado. Sin embargo, una ventaja de la invención es que pueden obtenerse resultados eficaces y útiles con un tiempo de exposición relativamente corto. Un intervalo preferente de tiempos de exposición es de entre aproximadamente 1 segundo y aproximadamente 30 minutos, y un intervalo más preferente es de entre aproximadamente 1 segundo y aproximadamente 1 minuto, obteniendo resultados excelentes con tiempos de exposición de aproximadamente 5 segundos y posiblemente inferiores.

También pueden conseguirse mejoras en la eficacia y eficiencia del proceso mediante tratamientos de reciclado o tratamientos secundarios con energía sónica.

En sistemas en los que la reacción inducida por la aplicación de energía sónica produce subproductos no deseables en la fase orgánica, estos subproductos pueden eliminarse por procedimientos convencionales de extracción, absorción o filtración. Cuando los subproductos son compuestos polares, por ejemplo, el proceso de extracción puede ser cualquier proceso que extraiga compuestos polares de un medio líquido no polar. Tales procesos incluyen la extracción sólido-líquido, utilizando absorbentes como gel de sílice, alúmina activada, resinas poliméricas y zeolitas. También puede utilizarse una extracción líquido-líquido, con disolventes polares, tales como dimetil formamida, N-metilpirrolidona, o acetonitrilo. Pueden utilizarse varios disolventes orgánicos que sean o inmiscibles o marginalmente miscibles con el combustible fósil. Son ejemplos el tolueno y disolventes similares.

Alternativamente, en la medida en que se produzca cualquier subproducto no deseable en la fase orgánica que consista en especies nitrogenadas y azufradas, tales como sulfóxidos y sulfonas, el mismo puede tratarse de acuerdo con procesos convencionales de hidrodesulfuración.

La reacción de reformación asistida por energía sónica puede generar calor, y con ciertos materiales de partida resulta preferente eliminar parte del calor generado para mantener el control sobre la reacción. Cuando se trata gasolina según esta invención, por ejemplo, resulta preferente enfriar el medio de reacción cuando éste está siendo sometido a energía sónica. El enfriamiento se consigue fácilmente por medios convencionales, como por ejemplo el uso de una camisa refrigerante de líquidos o un refrigerante que circula a través de un serpentín de refrigeración en el interior de la cámara en la que se utiliza la energía sónica. Un refrigerante efectivo para estos propósitos es el agua a presión atmosférica. Los procedimientos o dispositivos refrigerantes adecuados se pondrán fácilmente de manifiesto para los expertos en la materia. La refrigeración generalmente no es necesaria con combustible diesel, gasóleos y
residuos.

Las condiciones de funcionamiento en general para la práctica de esta invención varían ampliamente, dependiendo del material orgánico que está siendo tratado y del modo de tratamiento. El pH de la emulsión, por ejemplo, puede ser de entre 1 y 10, aunque actualmente se cree que los mejores resultados se obtienen dentro de un intervalo de pH de entre 2 y 7. La presión de la emulsión al estar ésta sometida a energía sónica puede asimismo variar, pudiendo encontrarse en un intervalo de entre 5 psia ó 0,34 atmósferas (presión subatmostférica) y 3.000 psia (214 atmósferas), aunque resulta preferente que sea inferior a aproximadamente 400 psia (27 atmósferas), y más preferentemente inferior a aproximadamente 50 psia (3,4 atmósferas), y lo más preferentemente que se encuentre en un intervalo de entre aproximadamente la presión atmosférica y aproximadamente 50 psia.

Las condiciones de funcionamiento descritas en los anteriores párrafos que hacen referencia a la aplicación de energía sónica, y las condiciones generales de temperatura y presión son aplicables al proceso de la invención. Uno de los excepcionales y sorprendentes descubrimientos de esta invención es que los niveles de los compuestos azufrados y nitrogenados se reducen considerablemente. Además, el proceso tal como es descrito en la presente memoria puede realizarse bien sea de un modo discontinuo o en una operación de flujo continuo.

Las modificaciones y mejoras adicionales de la presente invención también podrán ponerse de manifiesto para aquellas personas capacitadas en la técnica. Así, la combinación particular de partes y etapas descritas e ilustradas en la presente memoria tiene por objeto representar sólo a algunas formas de realización de la presente invención, y no tiene por objeto limitar dispositivos y procedimientos alternativos.

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Referencias citadas en la descripción

Esta lista de referencias citadas por el solicitante de la presente invención se proporciona solamente para conveniencia del lector. Dicha lista no forma parte del documento de patente europea. A pesar de que se ha tenido mucho cuidado durante la recopilación de las referencias, no debe excluirse la posibilidad de que se hayan producido errores u omisiones y a este respecto la OEP se exime de toda responsabilidad.

Documentos de patente citados en la descripción

\bullet US 6402939 B, Yen: \bullet US 6500219 B, Gunnerman

Claims

1. Proceso para eliminar azufre orgánico de una fracción de crudo, comprendiendo dicho proceso:

a) La exposición de dicha fracción de crudo en ausencia de agua añadida de cualquier solución acuosa a una energía sónica con un intervalo de frecuencia de entre aproximadamente 2 kHz y aproximadamente 100 kHz, y un intervalo de desplazamiento de amplitud de entre aproximadamente 10 micrones y aproximadamente 300 micrones;

b) La puesta en contacto de dicha fracción de crudo proveniente de la etapa a) con gas hidrógeno bajo las condiciones que causan la conversión de dicho azufre orgánico por hidrodesulfuración.

2. Proceso según la reivindicación 1, en el que la energía sónica tiene una frecuencia comprendida en un intervalo de entre 2 kHz y 19 kHz.

3. Procesamiento según la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en el que dicha fracción de crudo es una fracción que entra en ebullición dentro del rango o la gama del diesel, siendo dicha fracción de crudo preferentemente un miembro seleccionado de entre el grupo que consiste de fracciones de petróleo del ciclo de craqueo catalítico fluido (FCC), fracciones de destilado de coque, fracciones de diesel de destilación directa y mezclas de los mismos.

4. Proceso según la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en el que dicha fracción de crudo es una fracción que entra en ebullición dentro del rango o la gama del gasóleo, siendo dicha fracción de crudo preferentemente un miembro seleccionado de entre el grupo que consiste de petróleo del ciclo de FCC, petróleo espeso o fracción pesada del petróleo denominada "slurry oil" de FCC, gasóleo ligero, gasóleo pesado, y gasóleo de coque.

5. Proceso según la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en el que dicha energía sónica se aplica a una densidad de potencia comprendida en un intervalo de entre 0,01 vatios/cm cúbico y 100,00 vatios/cm cúbico, aplicándose preferentemente dicha energía sónica a una densidad de potencia comprendida en un intervalo de entre 1 vatio/cm cúbico y 20,00 vatios/cm cúbico.

6. Proceso según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la fracción de crudo contiene adicionalmente compuestos que contienen nitrógeno y en la etapa a) la mayoría de dichos compuestos que contienen nitrógeno en dicha fracción de crudo son oxidados.

7. Proceso según la reivindicación 6 en el que en la etapa a) dicha fracción de crudo es expuesta a dicha energía sónica un tiempo de entre 1 segundo y 1 minuto.

8. Proceso según la reivindicación 6 que comprende adicionalmente un precalentamiento de dicha fracción de crudo hasta una temperatura de entre 20ºC y 200ºC antes de la etapa a), preferentemente de entre 40ºC y 125ºC antes de la etapa a).

9. Proceso según la reivindicación 6 en el que la etapa a) se lleva a cabo a una presión menor que 2,76 MPa (400 psia), preferentemente a una presión igual o menor que 0,35 MPa (50 psia), más preferentemente a una presión dentro del intervalo comprendido de entre aproximadamente la presión atmosférica y aproximadamente 0,35 MPa (50 psia).