ES2325126T3 - Procedimiento para evaluar la calidad del coque y el betun de materiales de alimentacion de refinerias. - Google Patents
Procedimiento para evaluar la calidad del coque y el betun de materiales de alimentacion de refinerias. Download PDFInfo
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Abstract
Un procedimiento para evaluar el rendimiento y la calidad del coque y/o el betún de una pluralidad de materiales de alimentación de refinería, comprendiendo dicho procedimiento: (i) proporcionar una pluralidad de materiales de alimentación de refinería, (ii) poner una muestra de cada uno de dicha pluralidad de materiales de alimentación de refinería en un dispositivo de calentamiento, y (iii) calentar cada muestra bajo vacío hasta una temperatura en el intervalo de 300ºC a 420ºC usando el dispositivo de calentamiento respectivo mientras se mide la pérdida de peso de la muestra, y a continuación (iv) (a) medir la calidad del betún de los residuos de vacío formados, y/o (b) (i) calentar los residuos de vacío hasta una temperatura en el intervalo de 450ºC a 600ºC usando el dispositivo de calentamiento, mientras se mide la pérdida de peso de la muestra, y a continuación (ii) medir la calidad del coque de los productos formados
Description
Procedimiento para evaluar la calidad del coque
y el betún de materiales de alimentación de refinerías.
Esta invención se refiere a procedimientos para
la evaluación de la calidad del coque y/o el betún de una
pluralidad de materiales de alimentación de refinería usando
experimentación de alta capacidad.
Durante los últimos años, se ha desarrollado un
número de técnicas de alimentación de alta capacidad para permitir
incrementos significativos en la capacidad para sintetizar y probar
materiales catalíticos y otros para propiedades útiles. En general,
tales técnicas se han enfocado al desarrollo de aparatos y
metodologías, incluyendo el uso creciente de robots y ordenadores
para diseñar experimentos y para automatizar la preparación y el
ensayo de catalizadores y materiales, para permitir alcanzar
resultados de ensayo rápidos y reproducibles sobre muestras a
escala relativamente pequeña. Por ejemplo, se ha puesto mucho
esfuerzo en desarrollar aparatos de preparación y ensayo para
numerosos tipos de materiales y propiedades de materiales (tales
como los descritos en US 5.776.359) y para reacciones químicas de
interés (tales como las descritas en US 5.959.297, US 6.063.633 y
US 6.306.658).
Las tecnologías de alta capacidad se han
enfocado generalmente al descubrimiento de nuevos catalizadores y
materiales para procedimientos existentes. Los presentes inventores
han desarrollado ahora metodologías de alta capacidad que pueden
aplicarse al rastreo de materiales de alimentación de refinería para
evaluar la calidad del coque y el
betún.
betún.
El betún (también conocido como asfalto) es un
material viscoso no cristalino que puede derivarse del procesamiento
en refinería de petróleos crudos. El betún tiene numerosos usos,
incluyendo, por ejemplo, en la construcción de carreteras y en
tejados. El betún puede tener un número de cualidades diferentes,
tales como rigidez y viscosidad, y estas cualidades pueden depender
mucho del tipo de petróleo crudo procesado y las diversas etapas de
procesamiento empleadas durante su producción. Métodos
convencionales para medir las propiedades del betún se describen en
British Standard (B.S.) 2000 "Methods of test for petroleum and
its products", y, en particular, por ejemplo, en la Parte 49
"Penetration of bitumen and bituminous materials", la Parte 58
"Softening point of bitumen" y la Parte 72 "Viscosity of
cutback bitumen".
El coque se forma a partir de carbón residual en
un petróleo crudo, y se produce típicamente mediante el craqueo del
residuo de vacío en un procedimiento en coquizador retardado. Están
disponibles otros tipos de coquizadores, tales como un coquizador
de fluidos o un flexicoquizador. Son procedimientos térmicos que
craquean el residuo de vacío hasta productos más ligeros y un coque
de petróleo. El coque formado en el coquizador retardado (coque
verde, pero también puede denominarse coque de petróleo o coque de
petróleo en bruto) puede calcinarse para producir coque de petróleo
calcinado, que, dependiendo de su calidad, puede usarse para un
número de procedimientos, incluyendo para formar ánodos de carbono
para la industria del aluminio y electrodos de grafito para hornos
de arco o producción de dióxido de titanio. El coque puede tener un
número de cualidades diferentes, dependiendo de la estructura del
coque formado y de las impurezas del mismo, y estas cualidades
pueden depender mucho del tipo de petróleo crudo procesado y las
diversas etapas de procesamiento empleadas durante su
producción.
Así, el valor potencial de un petróleo crudo
depende de la calidad y el rendimiento del betún y/o el coque, y
cualesquiera productos líquidos procedentes del procedimiento de
coquización, que puedan producirse en el refinado. En una refinería
típica, se procesa un número de diferentes materiales de
alimentación de refinería, tal como un número de diferentes
petróleos crudos. Los materiales de alimentación de refinería
también son habitualmente combinaciones de alimentaciones
disponibles y, así, es muy difícil predecir la calidad del betún o
el coque del material de alimentación. Típicamente, se hace un
número de suposiciones sobre la base de la experiencia operativa
previa, pero estas habitualmente solo pueden proporcionar una
predicción aproximada.
La presente invención busca evaluar el
rendimiento y la calidad del coque y/o el betún de materiales de
alimentación de refinería en un modo de alta capacidad.
Así, de acuerdo con la presente invención, se
proporciona un procedimiento para evaluar el rendimiento y la
calidad del coque y/o el betún de una pluralidad de materiales de
alimentación de refinería, comprendiendo dicho procedimiento:
(i) proporcionar una pluralidad de materiales de
alimentación de refinería,
(ii) poner una muestra de cada uno de dicha
pluralidad de materiales de alimentación de refinería en un
dispositivo de calentamiento, y
(iii) calentar cada muestra bajo vacío hasta una
temperatura en el intervalo de 300ºC a 420ºC usando el dispositivo
de calentamiento respectivo mientras se mide la pérdida de peso de
la muestra, y a continuación
\newpage
(iv)
- (a)
- medir la calidad del betún de los residuos de vacío formados, y/o
- (b)
- (i)
- calentar los residuos de vacío hasta una temperatura en el intervalo de 450ºC a 600ºC usando el dispositivo de calentamiento, mientras se mide la pérdida de peso de la muestra, y a continuación
- (ii)
- medir la calidad del coque de los productos formados.
La presente invención proporciona un
procedimiento para la evaluación de la calidad del coque y/o el
betún de una pluralidad de materiales de alimentación de refinería
y de ahí que permita evaluar el valor potencial de un material de
alimentación de refinería antes de su uso, y potencialmente incluso
antes de su adquisición. La presente invención también permite
evaluar rápidamente combinaciones de alimentaciones, permitiendo
medir sinergias potenciales a partir de compatibilidades (e
incompatibilidades potenciales) de las alimentaciones. Por ejemplo,
dos o más materiales de alimentación de refinería, tales como dos
petróleos crudos o un petróleo crudo y un crudo sintético, pueden
combinarse fácilmente en diferentes proporciones para generar una
pluralidad de materiales de alimentación de refinería potenciales
para evaluación en la presente invención. Cuando es este el caso,
la combinación se realiza preferiblemente usando un robot de manejo
de líquidos adecuado.
Típicamente, la pluralidad de materiales de
alimentación de refinería comprenderá al menos 20 materiales de
alimentación de refinería, tal como al menos 50 materiales de
alimentación de refinería.
Los materiales de alimentación de refinería en
la etapa (i) pueden ser cualesquiera materiales de alimentación de
refinería adecuados, incluyendo petróleos crudos, crudos sintéticos,
biocomponentes, alquitranes del separador de viscosidades, breas
desasfaltadas con disolvente, residuos atmosféricos, residuos de
vacío, fuelóleos, petróleos de decantación de FCC y combinaciones
de uno o más de dichos componentes, tales como combinaciones de uno
o más petróleos crudos o combinaciones de uno o más petróleos crudos
con uno o más crudos sintéticos.
Los dispositivos de calentamiento pueden ser
cualesquiera dispositivos adecuados que puedan utilizarse para
calentar las muestras hasta las temperaturas requeridas mientras que
miden simultáneamente la pérdida de peso de las muestras.
Dispositivos de calentamiento adecuados incluyen
dispositivos ópticos y microosciladores, tales como microosciladores
de cuarzo, como los descritos en US 5.661.233, o balanzas
microtérmicas, como las usadas para medidas de TGA.
Preferiblemente, los dispositivos son
desechables.
Las pérdidas de peso permiten la determinación
de la cantidad relativa (rendimiento) de betún y/o coque en
comparación con otros componentes del material de alimentación de
refinería, según se describe más adelante.
En la etapa (iii) del procedimiento de la
presente invención, cada muestra se calienta bajo vacío hasta una
temperatura en el intervalo de 300ºC a 420ºC mientras se mide la
pérdida de peso de la muestra. Calentar bajo vacío hasta una
temperatura en el intervalo de 300ºC a 420ºC provoca el
desprendimiento desde la muestra de componentes de punto de
ebullición inferior para dejar los componentes de punto de
ebullición superior (residuo de vacío), y es la pérdida de peso
asociada con estos componentes de punto de ebullición inferior lo
que se mide así.
Por "bajo vacío" se entiende una presión
por debajo de la presión atmosférica, típicamente una presión desde
debajo de la atmosférica (aproximadamente 1 bar) hasta 1 mbar.
Cada muestra puede calentarse hasta la misma
temperatura o las muestras pueden calentarse hasta diferentes
temperaturas entre sí.
Preferiblemente, cada muestra se calienta bajo
vacío hasta una temperatura en el intervalo de 320 a 400ºC.
La muestra puede calentarse inicialmente a
presión atmosférica y a continuación bajo vacío, dependiendo del
material de alimentación que ha de evaluarse, de forma similar a los
procedimientos de destilación atmosférica y destilación a vacío
aplicados convencionalmente en una refinería.
Otros componentes, tales como vapor de agua,
también pueden combinarse o proporcionarse de otro modo antes o
durante el calentamiento en la etapa (iii).
En una realización preferida, después de
calentar bajo vacío hasta una temperatura en el intervalo de 300ºC
a 420ºC mientras se mide la pérdida de peso de la muestra en la
etapa (iii), el residuo de vacío formado puede combinarse con uno
más de otros residuos antes de cualesquiera etapas subsiguientes,
siendo dicha etapa similar a los procedimientos de combinación
aplicados convencionalmente en una refinería.
Por ejemplo, cuando ha de medirse la calidad del
betún del residuo de vacío (etapa (iv)(a)), el residuo de vacío
formado en la etapa (iii) puede combinarse con uno o más residuos de
vacío adicionales (incluyendo residuos de vacío como los descritos
más adelante) antes de la determinación de la calidad del betún.
De forma similar, cuando ha de medirse la
calidad del coque del residuo de vacío (etapa (iv)(b)), el residuo
de vacío formado en la etapa (iii) puede combinarse con uno o más
residuos adicionales, por ejemplo, con un residuo de vacío, una
brea desasfaltada con disolvente o un alquitrán del separador de
viscosidades, antes del calentamiento y la medida subsiguientes de
la calidad del coque.
De forma similar, cuando el material de
alimentación de refinería se calienta inicialmente a presión
atmosférica antes de calentar bajo vacío en la etapa (iii), el
residuo formado después de calentar a presión atmosférica (residuo
atmosférico) puede combinarse con uno o más de otros residuos antes
del calentamiento subsiguiente bajo vacío, por ejemplo con uno o
más residuos atmosféricos adicionales.
En la etapa (iv) del procedimiento de la
presente invención, se mide la calidad del betún de los residuos de
vacío formados en la etapa (iii) y/o los residuos de vacío se
calientan adicionalmente y la calidad del coque se mide.
Según se usa en la presente memoria, la
referencia a la medida y/o el tratamiento subsiguientes de los
residuos de vacío incluye la referencia a residuos de vacío que se
han combinado con uno o más residuos adicionales antes de dicho
tratamiento subsiguiente, según se describe anteriormente. En la
etapa (iv)(a) del procedimiento de la presente invención, se mide
la calidad del betún del residuo de vacío obtenido.
Puede usarse un número de técnicas que dan
información sobre la calidad del betún. Técnicas analíticas
adecuadas incluyen, por ejemplo, NMR y otras técnicas
espectroscópicas, siendo técnicas preferidas NIR y FTIR. La calidad
del betún también puede medirse usando técnicas reológicas y otras
que se correlacionan con las pruebas empíricas convencionales para
la calidad del betún. Técnicas de alta capacidad para la medida de
las propiedades reológicas y otras propiedades físicas incluyen las
descritas, por ejemplo, en WO 03/021232, WO 03/019150, US
2003/141613 y US 2004/123650.
Las medidas pueden comprender medidas sobre el
propio residuo de vacío (es decir, sin tratamiento adicional),
tales como el análisis del contenido de azufre y/o la viscosidad del
residuo de vacío. El contenido de azufre del residuo de vacío, por
ejemplo, puede medirse mediante cualquier técnica adecuada. Una
técnica preferida es la espectroscopía de descomposición inducida
por láser (LIBS).
Alternativamente, o además de, las medidas
pueden comprender medidas del residuo de vacío después del
tratamiento adicional, por ejemplo después del "soplado" del
residuo de vacío.
El "soplado" de un material de alimentación
bituminoso es bien conocido para el experto en la especialidad y
comprende el calentamiento del material de alimentación bituminoso
(en la presente invención, el residuo de vacío) en aire,
típicamente bajo una corriente fluida de aire, y típicamente en el
intervalo de temperatura de 250ºC a 350ºC, por ejemplo, en el
intervalo de 280ºC a 300ºC. Este soplado cambia la calidad del betún
para dar un betún más duro y más frágil. La calidad del betún puede
medirse un número de veces antes y a medida que se trata el
producto. Por ejemplo, pueden realizarse medidas antes del soplado,
según se describe anteriormente, y a continuación después del
soplado y/o la calidad del betún puede medirse repetidamente después
del soplar el producto bajo condiciones progresivamente más
rigurosas (por ejemplo, mayor temperatura).
Además, como para la producción de betún
convencional, una porción del residuo de vacío puede "soplarse"
y mezclarse de nuevo con una porción del residuo de vacío "no
soplado" para dar un material de alimentación bituminoso mixto.
Así, en el procedimiento de la presente invención, la calidad del
betún puede medirse sobre residuo de vacío "no soplado",
residuo de vacío "soplado" (opcionalmente después de diversas
intensidades de soplado) o una mezcla de porciones de residuos de
vacío "soplados" y "no soplados".
Esto permite que se determinen condiciones de
soplado para obtener una calidad del betún óptima.
La técnica o técnicas analíticas usadas para
determinar la calidad del betún preferiblemente están automatizadas,
por ejemplo realizadas mediante un robot o una estación de trabajo
robótica adecuados.
Las medidas de la calidad del betún pueden
realizarse sobre la totalidad o una porción del residuo de vacío
formado en la etapa (iii) del procedimiento de la presente
invención. Así, por ejemplo, una o más porciones del residuo de
vacío pueden usarse para medir la calidad del betún y el resto del
residuo de vacío puede tratarse adicionalmente para medir la
calidad del coque, según se describe más adelante.
En un segundo aspecto (etapa (iv)(b) de la
presente invención), se miden el rendimiento y la calidad del coque.
Esto se alcanza mediante el calentamiento adicional del residuo de
vacío hasta una temperatura en el intervalo de 450ºC a 600ºC y
midiendo la calidad del coque del producto formado.
En la realización más preferida, la estabilidad
de los asfaltenos del residuo de vacío formado en la etapa (iii) se
mide antes del calentamiento y la medida subsiguientes de la calidad
del coque en la etapa (iv)(b). Se ha encontrado que la estabilidad
de los asfaltenos del resido de vacío del material de alimentación
de refinería se relaciona con la calidad del coque formado a partir
del residuo de vacío.
De ahí que la medida de la estabilidad de los
asfaltenos del residuo de vacío pueda mejorar la información sobre
la calidad del coque formado según se mide en la etapa
(iv)(b)(ii).
Los asfaltenos son componentes polares de
materiales de alimentación de refinería que generalmente son
solubles en compuestos aromáticos e insolubles en compuestos
parafínicos, tales como n-alcanos. Así, si la
relación de compuestos parafínicos a compuestos aromáticos cambia,
por ejemplo, si se combinan entre sí petróleos crudos
incompatibles, pueden precipitar asfaltenos en la solución, y esto
puede causar problemas con la formación de incrustaciones en el
equipo.
La propensión para que esto ocurra se conoce
como estabilidad de los asfaltenos.
La calidad del coque puede determinarse a partir
de la medida de estabilidad de los asfaltenos aplicando un modelo
adecuado que correlaciona la medida de la estabilidad de los
asfaltenos con la calidad del coque, por ejemplo, un modelo basado
en valores previamente medidos de la calidad del coque y la
estabilidad de los asfaltenos.
La medida de la estabilidad de los asfaltenos
para petróleos crudos generalmente es bien conocida y se describe,
por ejemplo, en ASTM D7060-04 "Standard Test
Method for Determination of the Maximum Flocculation Ratio and
Peptizing Power in Residual and Heavy Fuel Oils (Optical Detection
Method)".
También se conocen otros métodos industriales
para la medida de la estabilidad de los asfaltenos de petróleos
crudos, e incluyen, por ejemplo, la medida de equivalentes de xileno
o la medida del valor "P" (Shell).
Un método adicional para la medida de la
estabilidad de los asfaltenos (para combinaciones de dos o más
hidrocarburos líquidos) se describe en WO 2004/061450.
Una medida preferida de la estabilidad de los
asfaltenos del residuo de vacío para el uso en la presente invención
es el poder disolvente crítico del residuo de vacío que se define
en WO 2004/061450.
El poder disolvente de un residuo de vacío es
una función de la relación relativa de compuestos aromáticos a
compuestos saturados del mismo.
El poder disolvente crítico del residuo de vacío
es el poder disolvente al que los asfaltenos precipitan en el
residuo de vacío.
A medida que el hidrocarburo parafínico se añade
al residuo de vacío, el poder disolvente de la mezcla disminuye.
Cuando el poder disolvente de la mezcla es menor que el poder
disolvente crítico del residuo, se produce la precipitación. Cuanto
más parafínico sea el compuesto que ha de añadirse antes de que se
produzca la precipitación, menor será el poder disolvente crítico
del residuo de vacío y mayor la estabilidad del residuo de
vacío.
Así, el poder disolvente crítico puede medirse
mediante la adición incremental de un hidrocarburo parafínico al
residuo de vacío hasta que los asfaltenos empiezan a precipitar.
Alternativamente, porciones de residuo de vacío
pueden mezclarse con hidrocarburo parafínico a diferentes volúmenes
y composiciones de hidrocarburo parafínico y cada una someterse a
mezcladura vibratoria. La estabilidad de los asfaltenos está
determinada por el comienzo de la precipitación en las respectivas
mezclas. Las porciones de residuo de vacío usadas pueden ser
porciones de un solo residuo de vacío obtenidas de una sola muestra
en la etapa (iii) del procedimiento de la presente invención.
Alternativamente, una pluralidad de muestras idénticas puede
calentarse de un modo idéntico en la etapa (iii) para dar una
pluralidad de residuos de vacío idénticos, cada uno de los cuales
se mezcla con un volumen o una composición diferentes de
hidrocarburo parafínico.
El hidrocarburo parafínico usado es
preferiblemente n-heptano.
Otros compuestos, tales como tolueno y xileno
pueden añadirse con el hidrocarburo parafínico.
Se ha encontrado que el poder disolvente crítico
del residuo de vacío está relacionado con la propensión del residuo
de vacío a formar coque "en perdigones" en un coquizador de
refinería. En particular, cuanto menor sea el poder disolvente
crítico, menor será la tendencia a formar coque en perdigones cuando
el residuo de vacío se trata en un coquizador de refinería. El
coque "en perdigones" es coque en forma de partículas esféricas
pequeñas, aunque también pueden formarse partículas más grandes y/
o las partículas pueden aglomerarse entre sí. El coque "en
perdigones" puede provocar problemas operativos significativos en
un coquizador retardado.
Preferiblemente, la estabilidad de los
asfaltenos se mide de modo automatizado, por ejemplo por medio de
una estación de trabajo robótica. El comienzo de la precipitación
durante la adición del hidrocarburo parafínico puede determinarse
mediante cualquier técnica adecuada, pero de nuevo es preferible
realizarlo de modo automatizado, por ejemplo usando una técnica
espectroscópica, tal como NIR o IR, y medir el cambio en la
transmisión de radiación. La medida automatizada de la floculación
puede realizarse, por ejemplo, mediante el analizador PORLA de
Finnish Medida Systems Limited.
En una realización adicional, cuando el material
de alimentación de refinería se calienta inicialmente a presión
atmosférica antes de calentar bajo vacío en la etapa (iii), la
estabilidad de los asfaltenos del residuo formado después de
calentar a presión atmosférica (residuo atmosférico), opcionalmente
después de combinarse con uno o más de otros residuos según se
describe anteriormente, también puede medirse antes del
calentamiento subsiguiente bajo vacío.
En una realización adicional, puede medirse el
contenido de azufre de los residuos de vacío de la etapa (iii),
según se describe previamente para la determinación de la calidad
del betún, tal como usando espectroscopía de descomposición
inducida por láser (LIBS).
El calentamiento hasta una temperatura en el
intervalo de 450ºC a 600ºC en la etapa (iv)(b)(i) provoca la
coquización del residuo de vacío para producir un coque
"verde".
Según se apunta previamente, cuando la calidad
del coque del residuo de vacío ha de medirse en la etapa (iv)(b),
el residuo de vacío formado en la etapa (iii) puede combinarse con
uno o más residuos adicionales, por ejemplo, con un residuo de
vacío, una brea desasfaltada con disolvente o un alquitrán separado
por viscosidad, antes del calentamiento y la medida de la calidad
del coque.
Antes del calentamiento y la medida de la
calidad del coque, el residuo de vacío también puede combinarse con
componentes adicionales. Tales componentes pueden incluir otros
hidrocarburos procedentes de otras unidades de procesamiento dentro
de la refinería, tales como petróleo de decantación o aceite ligero
de ciclo procedentes de una unidad de craqueo catalítico fluidizado
(FCC), o hidrocarburos reciclados de la propia coquización, tales
como líquidos o destilados pesados, según se describe más adelante.
Los componentes adicionales también pueden incluir componentes no
hidrocarbonados, tales como vapor de agua, hidrógeno, nitrógeno y/o
sulfuro de hidrógeno. La adición de hidrógeno, por ejemplo, puede
cambiar los rendimientos y las propiedades de los productos de la
etapa de coquización.
Durante la coquización, se produce el craqueo de
los componentes del residuo de vacío para producir productos
gaseosos y líquidos (los productos líquidos son líquidos a
temperatura ambiente, pero con puntos de ebullición por debajo de
la temperatura de craqueo) que se desprenden, y es la pérdida de
peso asociada con estos componentes lo que se mide. En una
realización preferida, estos componentes gaseosos y/o líquidos se
analizan en sí mismos. Por ejemplo, los componentes líquidos pueden
enfriarse de modo que los componentes líquidos se condensen, y
subsiguientemente hacerse pasar a un dispositivo de análisis
adecuado, tal como mediante un método microanalítico o
espectroscópico para determinar el contenido de azufre y/o
nitrógeno, o un dispositivo microcromatográfico (por ejemplo
micro-cromatografía de gases,
micro-cromatografía de gases 2D) para determinar el
contenido de olefinas y compuestos aromáticos. También puede
determinarse la distribución de tales especies en los productos
líquidos. Los componentes gaseosos también pueden recogerse y
analizarse o pueden hacerse pasar directamente a un analizador de
gases adecuado, tal como micro-cromatografía de
gases (micro-GC).
La totalidad o una porción de los componentes
líquidos desprendidos durante la coquización, tales como líquidos o
destilados más pesados, pueden separarse, reciclarse y añadirse (por
ejemplo, mediante mezcladura vibratoria) al residuo de vacío
producido en la etapa (iii), y la mezcla puede someterse a una
prueba de estabilidad de los asfaltenos descrita anteriormente y/o
someterse a calentamiento en la etapa (iv)(b)(i) descrita
anteriormente. Esta realización de la invención simula el reciclado
del coquizador.
El calentamiento de la etapa (iv)(b)(i) puede
realizarse en una sola etapa, o el residuo de vacío puede calentarse
en una serie de etapas hasta temperaturas progresivamente
superiores (etapas de coquización parcial). Cuando se realiza una
serie de etapas de coquización parcial, la prueba de estabilidad de
los asfaltenos y cualesquiera otras pruebas deseadas pueden
aplicarse a las muestras parcialmente coquizadas.
La muestra puede calentarse en la etapa
(iv)(b)(i) a presión atmosférica o bajo vacío, o una de sus
combinaciones. La velocidad de calentamiento también puede
controlarse.
En la etapa (iv)(b)(ii) se mide la calidad del
coque del producto formado. Las medidas pueden comprender medidas
sobre el coque verde formado en la propia etapa (iv)(b)(i) (es
decir, sin tratamiento adicional) y/o pueden comprender medidas del
producto formado después de un tratamiento adicional, por ejemplo
después de la calcinación del coque verde para dar coque calcinado.
El coque verde puede calcinarse típicamente calentando en aire hasta
al menos 1000ºC, típicamente en el intervalo de 1200ºC a 1350ºC. La
calcinación elimina hidrocarburos residuales y humedad, e
incrementa la densidad y la resistencia física de la estructura del
coque.
Puede usarse un número de técnicas que puede dar
información sobre la calidad del coque. La calidad del coque, al
menos en parte, estará determinada por las impurezas presentes,
siendo impurezas típicas que puede desearse medir azufre, níquel,
vanadio, sodio, hierro, calcio, silicio y nitrógeno. Técnicas
adecuadas para medir todas o algunas de dichas impurezas incluyen
XRF, LIBS u otras herramientas espectroscópicas capaces de
determinar las cantidades de impurezas presentes.
La calidad del coque también puede determinarse
en términos de las propiedades físicas del coque formado, tales
como porosidad y densidad aparente determinada por vibración,
contenido de materials volátiles (VM) y dureza, tales con el Índice
de Triturabilidad de Hardgove, y estructura, por ejemplo, mediante
difracción de rayos X.
Después de la calcinación, el coque también es
eléctricamente conductor, y esta propiedad también puede usarse
para medir la calidad del coque del producto. Otras propiedades del
coque calcinado que pueden usarse para determinar su calidad
incluyen la reactividad con aire y la reactividad con CO_{2}, que
generalmente dependen del contenido de azufre, el contenido de
sodio y calcio y el contenido de metales, el coeficiente de
expansión térmica (CTE) y la capacidad de desgaste, y la estructura
mediante difracción de rayos X.
La calidad del betún y la calidad del coque
pueden medirse ambas realizando experimentos separados.
Alternativamente, la calidad del betún y la calidad del coque
pueden medirse ambas en el mismo "experimento" calentando
inicialmente la muestra hasta una temperatura en el intervalo de
300ºC a 420ºC y a continuación midiendo la calidad del betún de una
porción del residuo de vacío formado, y subsiguientemente midiendo
la calidad del coque sobre el residuo de vacío restante según se
describe anteriormente. Cualquiera o ambas porciones del residuo de
vacío pueden combinarse con otros residuos antes del tratamiento
subsiguiente respectivo, según se describe previamente.
La presente invención permite la determinación
del rendimiento y la calidad del coque y/o el betún de materiales
de alimentación de refinería, y combinaciones de los mismos,
permitiendo alcanzar la optimización de la combinación para mejorar
el rendimiento y la calidad del producto deseado.
En una realización preferida de la presente
invención, una vez que se han realizado el análisis o los análisis
de la etapa (iv), se aplican modelos de refinado adecuados para
determinar el impacto de los materiales de alimentación de
refinería. Modelos de refinado adecuados son conocidos para el
experto en la especialidad y pueden incluir, por ejemplo, modelos
de programa lineal para la evaluación de los materiales de
alimentación y los productos, modelos de optimización del
procedimiento, tales como modelos de optimización en toda la
refinería y/o modelos basados en el riesgo, para la evaluación de
los impactos de procesamiento del material de alimentación de
refinería.
El procedimiento de la presente invención
generará una gran cantidad de datos sobre el rendimiento y la
calidad del coque y/o el betún de una pluralidad de materiales de
alimentación de refinería. En una realización adicional, estos
datos pueden utilizarse para desarrollar, actualizar y/o verificar
modelos adecuados para el procedimiento. Por ejemplo, puede
producirse rápidamente una gran cantidad de datos sobre un grupo de
parámetros más amplio que a partir de estudios de parámetros en
planta piloto, permitiendo la construcción de un modelo de
procesamiento, y además los datos generados pueden utilizarse para
proporcionar la actualización y el refinado continuos del modelo de
procesamiento (por ejemplo, para un espacio de parámetros más
amplio).
Pueden usarse modelado u otras técnicas de
diseño experimentales para generar un grupo de condiciones de
procesamiento variables para la pluralidad de materiales de
alimentación de refinería que se desea evaluar para el desarrollo,
la actualización o la verificación de uno o más modelos de
procesamiento, y el procedimiento de la presente invención puede
usarse específicamente para evaluar los procedimientos para generar
los datos requeridos para los modelos de procesamiento, tales como
el rendimiento y la calidad de productos procedentes de los
materiales de alimentación de refinería bajo las condiciones de
procesamiento definidas.
Claims (10)
1. Un procedimiento para evaluar el rendimiento
y la calidad del coque y/o el betún de una pluralidad de materiales
de alimentación de refinería, comprendiendo dicho procedimiento:
(i) proporcionar una pluralidad de materiales de
alimentación de refinería,
(ii) poner una muestra de cada uno de dicha
pluralidad de materiales de alimentación de refinería en un
dispositivo de calentamiento, y
(iii) calentar cada muestra bajo vacío hasta una
temperatura en el intervalo de 300ºC a 420ºC usando el dispositivo
de calentamiento respectivo mientras se mide la pérdida de peso de
la muestra, y a continuación
(iv)
- (a)
- medir la calidad del betún de los residuos de vacío formados, y/o
- (b)
- (i)
- calentar los residuos de vacío hasta una temperatura en el intervalo de 450ºC a 600ºC usando el dispositivo de calentamiento, mientras se mide la pérdida de peso de la muestra, y a continuación
- (ii)
- medir la calidad del coque de los productos formados
2. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que los materiales de alimentación de
refinería se seleccionan de petróleos crudos, crudos sintéticos,
biocomponentes, alquitranes del separador de viscosidades, breas
desasfaltadas con disolvente, residuos atmosféricos, residuos de
vacío, fuelóleos, petróleos de decantación de FCC y combinaciones
de uno o más de dichos componentes.
3. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la pluralidad de
materiales de alimentación de refinería comprende al menos 20
materiales de alimentación de refinería, tal como al menos 50
materiales de alimentación de refinería.
4. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los
dispositivos de calentamiento son dispositivos ópticos o
microosciladores.
5. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el residuo
de vacío formado en la etapa (iii) se combina con uno o más de
otros residuos antes de la etapa (iv).
6. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 5, en el que el residuo de vacío formado en la etapa
(iii) se combina con un residuo de vacío antes de la determinación
de la calidad del betún en la etapa (iv)(a).
7. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 5, en el que el residuo de vacío formado en la etapa
(iii) se combina con un residuo de vacío, una brea desasfaltada con
disolvente o un alquitrán separado por viscosidad, antes del
calentamiento y la medida subsiguientes de la calidad del coque en
la etapa (iv)(b).
8. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la
estabilidad de los asfaltenos del residuo de vacío formado en la
etapa (iii) se mide antes del calentamiento y la medida
subsiguientes de la calidad del coque en la etapa (iv)(b).
9. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los
componentes gaseosos y/o líquidos desprendidos durante la
coquización en la etapa (iv)(b)(ii) se analizan en sí mismos.
10. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 9, en el que la totalidad o una porción de los
componentes líquidos desprendidos durante la coquización pueden
separarse, reciclarse y añadirse al residuo de vacío producido en
la etapa (iii).
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