ES2552736B1 - Incremento de producción de combustibles mediante la integración de destilación al vacío con desasfaltado con disolventes - Google Patents

Incremento de producción de combustibles mediante la integración de destilación al vacío con desasfaltado con disolventes Download PDF

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Abstract

Los modos de realización de la invención reivindicada se dirigen a métodos y aparatos que reciclan fracciones de petróleo no convertidas que son el resultado de una unidad de hidrocraqueo, alimentando las fracciones de petróleo no convertidas a un vaporizador instantáneo al vacío y procesando las fracciones obtenidas del mismo. Los crudos contienen moléculas heteroatómicas y poliaromáticas que incluyen compuestos tales como azufre, nitrógeno, níquel, vanadio y otros en cantidades que pueden afectar de manera adversa al procesamiento en las refinerías de las fracciones de petróleo crudo.

Description

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INCREMENTO DE PRODUCCION DE COMBUSTIBLES MEDIANTE LA INTEGRACION DE DESTILACION AL VACIO CON DESASFALTADO CON DISOLVENTES
DESCRIPCION
REFERENCIAS CRUZADAS CON SOLICITUDES RELACIONADAS
La presente solicitud reivindica el beneficio de acuerdo al 35 U.S.C §119(e) de la Solicitud de Patente provisional N° 61/769.062, registrada el 25 de febrero de 2013, y la Solicitud de Patente provisional N° 61/780.678 registrada el 13 de marzo de 2013 que se incorporan en la presente patente a modo de referencia en su totalidad, como si se incluyesen en su totalidad en el presente documento.
Area de la invencion
La presente invencion hace referencia a la integracion de destilacion al vado con desasfaltado con disolventes para aumentar la produccion de combustibles.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Los aceites crudos contienen moleculas poliaromaticas heteroatomicas que incluyen compuestos tales como azufre, nitrogeno, rnquel, vanadio y otros en cantidades que pueden afectar de forma adversa al procesamiento de las refinerias de las fracciones del petroleo crudo. Los crudos ligeros o condensados tienen concentraciones de azufre de tan solo 0,01 por ciento en peso (W %). Por el contrario, los crudos pesados y las fracciones de petroleo pesado tienen concentraciones de azufre de hasta un 5-6% en peso. De igual manera, el contenido de nitrogeno de los petroleos crudos puede encontrarse en el rango de 0,001-1,0 % en peso. Estas impurezas deben ser eliminadas durante el refinado para cumplir con las regulaciones medioambientales establecidas para los productos finales (por ejemplo, gasolina, diesel, fueloil), o para las corrientes de refinado intermedias que han de ser procesadas para un enriquecimiento adicional, tal como isomerizacion o reformado. Ademas, se sabe que los contaminantes tales como nitrogeno, azufre y metales pesados desactivan o envenenan los catalizadores, y por tanto deben ser retirados.
Los asfaltenos, que son de naturaleza solida y comprenden aromaticos polinucleares
presentes en la solucion de aromaticos y moleculas de resina mas pequenos, tambien estan
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presentes en los petroleos crudos y en las fracciones pesadas en diversas cantidades. Los asfaltenos no existen en todos los condensados o en los crudos ligeros; sin embargo, estan presentes en cantidades relativamente grandes en petroleos crudos y fracciones de petroleo pesadas. Las concentraciones de asfalteno se definen como la cantidad de asfaltenos precipitados por adicion de un disolvente de n-parafina a la materia prima.
En una refineria tipica, el petroleo crudo se fracciona en primer lugar en la columna de destilacion atmosferica para separar el gas sulfuroso que incluye metano, etano, propanos, butanos y sulfuro de hidrogeno, nafta (rango habitual del punto de ebullicion: 36-180 °C), queroseno (rango habitual del punto de ebullicion: 180-240 °C), gasoleo (rango habitual del punto de ebullicion: 240-370 °C) y residuo atmosferico, que son las fracciones de hidrocarburo que llegan a un punto de ebullicion por encima del gasoleo. El residuo atmosferico de la columna de destilacion atmosferica se utiliza bien como fueloil o se envia a una unidad de destilacion al vado, dependiendo de la configuration de la refineria. Los principales productos de la destilacion al vado son gasoleo de vado (rango habitual del punto de ebullicion: 370-520 °C), y residuo de vado, que comprende hidrocarburos que llegan a ebullicion por encima del gasoleo de vado.
La destilacion al vado es una tecnologia que ha demostrado su eficacia para separar el residuo atmosferico (RA) en gasoleos de vado (GOV) y residuo de vado (RV). Las corrientes de nafta, queroseno y gasoleos derivadas de los petroleos crudos y otros recursos naturales, tales como petroleo de esquisto, bitumenes y arenas bituminosas, se tratan para eliminar los contaminantes, tales como el azufre, que exceden la especificacion establecida para el producto o productos finales. El hidrotratamiento es la tecnologia de refinado mas comun utilizada para eliminar estos contaminantes. El gasoleo de vado se procesa en una unidad de hidrocraqueo para producir gasolina y diesel, o en un unidad de craqueo catalrtico fluido (FCC) para producir principalmente gasolina, aceite de ciclo ligero (LCO) y aceite de ciclo pesado (HCO) como subproductos, donde el primero se utiliza como un componente de mezcla en el tanque de diesel o fueloil, y donde el ultimo se envia directamente al tanque de fueloil.
Convencionalmente, el proceso de desasfaltado con disolvente (SDA, por sus siglas en ingles) es utilizado en una refineria de petroleo con el proposito de extraer componentes valiosos a partir de materia prima de petroleo residual, que es un hidrocarburo pesado que se produce como un sub-producto del refinado del petroleo crudo. Los componentes
extraidos se retro-alimentan a la refineria, en donde son transformados en valiosas
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fracciones mas ligeras tales como gasolina, diesel, o aceite lubricante. Materias primas de petroleo residual adecuadas que pueden ser utilizadas en un proceso con SDA incluyen, por ejemplo, residuos de fondos de torres atmosfericas, residuos de fondos de torres de vado, petroleo crudo, crudos reducidos, extracto de aceite de alquitran, petroleos de esquisto, y aceites recuperados a partir de arenas bituminosas.
El desasfaltado con disolvente (SDA) se utiliza para la separacion fisica de residuos por su tipo molecular. En la Figura 1 se muestra un esquema de flujo de un SDA habitual. El tanque clave es el extractor donde tiene lugar la separacion del aceite desasfaltado (DAO) y se produce la pez. En un proceso habitual de SDA, un disolvente de hidrocarburos ligeros se anade a la alimentacion de petroleo residual de una refineria y se procesa en lo que puede denominarse un separador de asfalteno. Los disolventes habituales utilizados comprenden disolventes parafrnicos ligeros. Ejemplos de disolventes parafrnicos ligeros incluyen, pero no se limitan a, propano, butano, isobutano, pentano, isopentano, neopentano, hexano, isohexano, heptano, y disolventes conocidos similares utilizados en el desasfaltado, y mezclas de los mismos. Bajo temperaturas y presiones elevadas, la mezcla en el separador de asfalteno se separa en una pluralidad de corrientes liquidas, habitualmente, una corriente sustancialmente libre de asfalteno de aceite desasfaltado (DAO), resinas y disolvente, y una mezcla de asfalteno y disolvente dentro de la cual puede disolverse algo de DAO.
Una vez los asfaltenos hayan sido eliminados, la corriente sustancialmente libre de asfaltenos de DAO, resinas y disolvente se somete habitualmente a un sistema de recuperacion del disolvente. El sistema de recuperacion del disolvente de una unidad de SDA extrae una fraccion del disolvente del DAO rico en disolvente, utilizando tecnicas de separacion supercritica o llevando a ebullicion al disolvente, utilizando comunmente aceite caliente o aceite vaporizado procedente de calentadores de fuego. El disolvente separado a continuacion se recicla de regreso para su uso en la unidad de SDA.
RESUMEN DE LA INVENCION
Un modo de realizacion de la invencion se dirige a un proceso para reciclar la fraccion de petroleo no convertida producida en una unidad de hidrocraqueo, donde el proceso comprende: alimentar una fraccion de residuo atmosferico a una unidad de destilacion al vado; procesar el residuo de vado procedente de la unidad de destilacion al vado en un extractor de desasfaltado con disolvente para obtener una fraccion desasfaltada; procesar la
fraccion desasfaltada en una unidad de hidrocraqueo para obtener una fraccion de petroleo
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no convertida y una fraccion de productos de hidrocarburos; y procesar la fraccion de petroleo no convertida en un vaporizador instantaneo (flasher) al vado (VF) para obtener una fraccion destilada del VF y una fraccion de residuos de fondos del VF, en donde dicha fraccion de residuos de fondos del VF se somete a un procesamiento adicional en un extractor de desasfaltado con disolvente.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 muestra un esquema de flujo de desasfaltado con disolvente habitual de acuerdo con un modo de realizacion de la invencion;
La Figura 2 muestra un esquema de flujo habitual de VDU-SDA-HC de acuerdo con un modo de realizacion de la invencion;
La Figura 3 muestra las cualidades del aceite desasfaltado en relacion al tipo y rendimiento del residuo de acuerdo con un modo de realizacion de la invencion;
La Figura 4 muestra el rango de ebullicion de aromaticos multianillos de acuerdo con un modo de realizacion de la invencion; y
La Figura 5 muestra una ilustracion del esquema de flujo de un proceso VDU-VF-SDA integrado habitual de acuerdo con un modo de realizacion de la invencion.
DESCRIPCION DETALLADA DE EJEMPLOS DE MODOS DE REALIZACION
El rendimiento del DAO se establece mediante las limitaciones de las propiedades de la materia prima de procesamiento, tales como el contenido en metales organometalicos y el residuo de carbono Conradson (CCR, por sus siglas en ingles) de los procesos aguas abajo. Estas limitaciones se encuentran habitualmente por debajo del DAO maximo recuperable dentro del proceso de SDA. La Tabla 1 ilustra los rendimientos obtenidos en el proceso de SDA de acuerdo con un modo de realization de la invention. Si el rendimiento del DAO puede ser aumentado, entonces los rendimientos globales del valioso combustible de transporte, basados en la alimentation de residuos, pueden aumentarse, y se mejora la rentabilidad total. Un beneficio paralelo ocurriria con la combination de SDA seguido de coquizacion retardada. Maximizar el rendimiento del DAO maximiza la conversion catalrtica
del residuo con respecto a la conversion termica, que ocurre en la coquizacion retardada.
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Tabla 1
Alimentacion DAO Pez
VOL-%
100,00 53,21 46,79
PESO-%
100,00 50,00 50,00
API
5,37 14,2 -3,4
Sp.Gr.
1,0338 0,9715 1,1047
S, % en peso
4,27 3,03 5,51
N, ppmp
3000 1250 4750
Carbono con, % peso
23 7,7 38,3
Insols C7, % peso
6,86 0,05 13,7
Ni+V, ppmp
118 7 229
El aceite desasfaltado (DAO) recuperado se utiliza habitualmente procesos aguas abajo tales como un proceso de hidrocraqueo (HC) de VGO, o como materia prima a una planta de aceite lubricante. Se muestra en la Figura 2 un esquema de flujo habitual de un proceso VDU-SDA-HC. Cuando se procesa el DAO en un HC, el rendimiento del DAO es establecido habitualmente por las limitaciones de la materia prima de HC, tales como concentraciones de metales organometalicos, Residuo de carbono de Conradson (CCR), y asfaltenos. Los rendimientos del DAO en el DAO maximo recuperable dentro del proceso de SDA, suele dar como resultado niveles de contaminantes por encima de las limitaciones de calidad de la materia prima de las unidades aguas abajo (Tabla 1, FIG. 3).
Cuando se procesa DAO en un HC, la conversion maxima es habitualmente menor que cuando se procesan gasoleos de vado de destilacion directa, debido a los efectos perjudiciales del procesamiento del DAO sobre la estabilidad del catalizador de HC. Este requerimiento para reducir la conversion cuando se procesa el DAO para mantener la estabilidad del catalizador de HC tiene como resultado un rendimiento significativamente mayor de las fracciones petroliferas no convertidas (UCO, por sus siglas en ingles), que tienen un valor significativamente inferior que los combustibles para el transporte tales como diesel o gasolina.
Seria deseable maximizar la conversion de la alimentacion del HC para minimizar las UCO y maximizar la rentabilidad del HC. Unicamente una pequena fraction de componentes UCO realmente necesitan ser purgados. Estos son los aromaticos polinucleares (PNA) presentes en las UCO. Si no se purga a partir de los procesos de HC, estos PNA daran como resultado un aumento en la concentration de aromaticos polinucleares pesados (HPNA) que tendra
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como resultado una rapida desactivacion del catalizador. El resto de las UCO es muy adecuado para la conversion en el HC. Desafortunadamente, los PNA no pueden separarse del resto las moleculas de UCO con fraccionamiento convencional.
[00020] A menos que una refineria tenga otro proceso, tal como un craqueador catalrtico fluidizado (FCC), que pueda convertir catalrticamente las UCO, las UCO se envian a un tanque de fueloil de poco valor o se utilizan como diluyente para reducir la viscosidad (cutter stock). Esto tiene como resultado una conversion total menor que la deseada del RA a combustibles para transporte de mayor valor.
Se ha procesado DAO de SDA en procesos comerciales de HC, sin embargo el rendimiento de las UCO es habitualmente mas alto de lo que se desea, y/o el porcentaje maximo permitido de DAO procesado en el HC esta limitado a una fraccion minoritaria de la alimentacion total.
Reciclar las UCO de regreso a la unidad de destilacion al vado aguas arriba (VD U) tambien se ha practicado comercialmente cuando el punto de corte de destilacion entre el VGO y el VR se reduce a un valor relativamente bajo, en comparacion con operaciones de VDU habituales. Esta operation es contraria al objetivo de maximizar la recuperation del VGO (y por lo tanto maximizar la materia prima del HC), ya que queda algo de material en ebullition de VGO en el VR. A menos que el punto de corte VGO/VR se reduzca de forma significativa, no hay una separation suficiente de aromaticos multianillos del VGO y UCO debido al amplio rango de ebullicion de los aromaticos multianillos, tal como se muestra en la FIG. 4. Ademas, si el VR se envia a un proceso de SDA, entonces el VGO pesado incremental que se permite que permanezca en el residuo actuara como co-disolvente, aumentando de esa manera el contenido en contaminantes y PNA del DAO del proceso de SDA.
La invention que se reivindica incluye diversos componentes clave que aumentan los rendimientos del valioso combustible para transporte cuando se procesa el RA en un esquema de flujo VDU-SDA-HC. La invencion que se reivindica puede tambien aplicarse por separado para un proceso de combination de SDA-HC en el que la integration con la VDU aguas arriba no es posible o el SDA procesa el RA o una combinacion de RA+VR y no solo VR.
En un modo de realization de la invencion, las UCO se fraccionan por separado en un vaporizador instantaneo a vado (VF) que tiene un punto final del VGO igual o inferior que el
que se obtiene habitualmente en una VDU cuando se procesa el RA.
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En un modo de realization adicional de la invention, el VF se integra con la VDU cuando es posible para reducir el capital y los costes operativos del VF.
En otros modos de realizacion de la invencion, los fondos del VF (UCO HVGO) se dirigen a la unidad de SDA, habitualmente en conjunto con el VR procedente de la columna de fraccionamiento al vado de la VDU. Ademas, en determinados modos de realizacion, el destilado evaporado de forma instantanea producto del VF (UCO LVGO) se dirige a la columna de fraccionamiento al vado de la VDU para su separation adicional. En otros modos de realizacion de la invencion, los sistemas de vado se comparten con la VDU cuando es posible, y en algunos casos, hay integracion de calor de los procesos de VDU y SDA.
La FIG. 5 es una ilustracion de un esquema de flujo de VDU-VF-SDA integrado habitual, donde las UCO se dirigen al VF. En un modo de realizacion alternativo, el VF es una unidad autonoma que puede estar integrada por calor con el proceso SDA. Un modo de realizacion adicional es uno en el que el vaporizador al vado de las UCO es reemplazado por una columna de vado que incluye estructuras internas para mejorar la separacion entre las fracciones UCO ligeras y pesadas.
En relation a un esquema de flujo VDU-SDA-HC habitual la conversion global del RA puede incrementarse en aproximadamente 5,0% en peso. Un ejemplo de estos cambios de rendimiento se muestra en la Tabla 2. Para este escenario la operation base previa a la invencion tendria el rendimiento del DAO de SDA limitado a un 75 % en peso y la purga de las UCO en un mmimo del 5 % en peso del HC. Esto tendria como resultado una conversion total del RA de un 86,9 % en peso. La Tabla 2 muestra el balance del material global antes y despues de la recuperation selectiva de las UCO. Todos los valores en la Tabla 2 se muestran en % en peso.
Tabla 2
Habitual Con UCO Cambio de rendimiento
Tasa de alimentation:
100,00% 100,00% 0,00%
Hidrogeno
2,38% 2,53% 0,14%
TOTAL DE ENTRADA
102,38% 102,53% 0,14%
COMPLEJO DE SALIDA
Habitual Con UCO Cambio de rendimiento
Diesel Vac
0,92% 0,92% 0,00%
H2S/NH3
1,64% 1,67% 0,03%
C1-C2
0,58% 0,53% -0,05%
C3-C4
2,25% 2,26% 0,02%
Nafta
12,46% 14,54% 2,09%
Destilados
71,29% 74,65% 3,36%
UCO
4,10% 0,00% -4,10%
DAO
27,46% 32,85% 5,39%
Pez
9,15% 7,95% -1,20%
TOTAL DE SALIDA
102,38% 102,52% 0,14%
C3+ Conversion Liquida
86,91% 92,37% 5,47%
De acuerdo con los modos de realization de la invention, el rendimiento del DAO puede incrementarse al 80% en peso, ya que los contaminantes incrementales incluyendo los PNA seran purgados con las UCO. A medida que las UCO se reciclan de regreso al VDU-SDA 5 procedente del HC, el volumen de las UCO es recuperado a medida que la calidad de la alimentation del HC y la conversion efectiva del HC se incrementa hasta aproximadamente un 99 % en peso. La combination del rendimiento mas elevado del DAO mas elevado tiene como resultado una conversion del RA global del 92,4% en peso, lo que es un incremento general del 5,5% en peso.
10
Para una tasa de alimentacion del RA de 50,000 BPD, el beneficio anual de este esquema de flujo alternativo podria ser de aproximadamente $50 millones por ano, en base a un valor mejorado de $60/bbl de los combustibles para el transporte sobre las UCO cuando se envian al tanque de fueloil.
15
Todas las referencias, incluyendo publicaciones, solicitudes de patente, y patentes, citadas en la presente patente se incorporan en la misma como referencia hasta el mismo grado que si cada referencia estuviera individual y espedficamente indicadas para ser incorporada a modo de referencia y estuvieran completamente explicadas en su totalidad en la presente
20 patente.
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Ha de interpretarse que el uso de los terminos "un/a" y "el/la/lo/los" y referentes similares en el contexto de la description de la invention (especialmente en el contexto de las siguientes reivindicaciones) cubre tanto el singular como el plural, a menos que se indique lo contrario en la presente memoria o se contradiga anteriormente por el contexto. La lectura de los rangos de valores en la presente patente solamente tiene la intention de servir como un metodo resumido para referirse a cada valor individual que se encuadra dentro del rango, a menos que se indique de otro modo en la presente patente, y donde cada valor por separado esta abarcado por dicho rango, a menos que se indique lo contrario en la presente, y cada valor por separado se incorpora en la presente especificacion como si estuvieran individualmente citados en la presente patente. Todos los metodos descritos en la presente patente pueden ser realizados en cualquier orden adecuado, a menos que se indique de otro modo en la presente patente o se contradiga claramente por el contexto. El uso de cualquiera de los ejemplos, o lenguaje a modo de ejemplo (por ejemplo, “tal como”) que se proporciona en la presente patente, tiene la intencion unicamente de ilustrar mejor la invencion y no supone una limitation en el alcance de la invencion a menos que se reivindique de otro modo. Ninguna expresion en la especificacion debe ser interpretada como una indicacion de algun elemento no reivindicado como esencial para la practica de la invencion.
Los modos de realizacion de la presente invencion se encuentran descritos en la misma, incluyendo el modo optimo para los inventores para llevar a cabo la invencion. Las variaciones de aquellas realizaciones preferidas resultaran obvias para los expertos en la practica habitual del arte al leer la anterior descripcion. Por consiguiente, la presente invencion incluye todas las modificaciones y equivalentes del objeto citado en las reivindicaciones anexas al presente documento.

Claims (6)

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    15
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    30
    35
    ES 2 552 736 A2
    REIVINDICACIONES
    1. Proceso para el reciclaje de la fraccion de petroleo no convertida producida por una unidad de hidrocraqueo, donde el proceso comprende:
    Alimentar una fraccion de residuo atmosferico a una unidad de destilacion al vado;
    Procesar el residuo de vado procedente de la unidad de destilacion al vado o un residuo atmosferico procedente de una unidad de destilacion de crudos en un extractor de desasfaltacion con disolvente para obtener una fraccion desasfaltada;
    Procesar la fraccion desasfaltada en una unidad de hidrocraqueo para obtener una fraccion de petroleo no convertida y productos de hidrocarburos; y
    Procesar la fraccion de petroleo no convertida en un vaporizador instantaneo al vado para obtener una fraccion destilada del VF y una fraccion de fondos del VF, en donde dicha fraccion de fondos VF se somete a un procesamiento adicional en un extractor de desasfaltado con disolvente.
  2. 2. Proceso segun la reivindicacion 1, que ademas comprende la etapa de transferir la fraccion destilada del VF a la unidad de destilacion al vado.
  3. 3. Proceso segun la reivindicacion 1, que ademas comprende la etapa de transferir la fraccion de residuos de fondo del VF a un extractor de desasfaltado con disolvente.
  4. 4. Proceso segun la reivindicacion 1, que ademas comprende la etapa de integrar el vaporizador instantaneo al vado con la unidad de destilacion al vado.
  5. 5. Proceso segun la reivindicacion 3, en donde la fraccion de residuos de fondos del VF se combina con el residuo de vado de la unidad de destilacion al vado previamente a ser transferida a un extractor de desasfaltado con disolvente.
  6. 6. Proceso segun la reivindicacion 1, en donde el VF es reemplazado por una columna de destilacion al vado.
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