ES2633169T3

ES2633169T3 - Proceso integrado para la gasificación de petróleo crudo total en un gasificador de pared de membrana y generación de electricidad

Info

Publication number: ES2633169T3
Application number: ES13716566.8T
Authority: ES
Inventors: Omer Refa Koseoglu; Jean-Pierre Ballaguet
Original assignee: Saudi Arabian Oil Co
Current assignee: Saudi Arabian Oil Co
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2017-09-19
Anticipated expiration: 2033-03-22
Also published as: CN104302574A; WO2013148503A1; KR101571259B1; KR20150001724A; EP2830992B1; CN104302574B; JP2015514665A; SG11201406088WA; US8974701B2; JP6018289B2; US20130256601A1; WO2013148503A8; EP2830992A1

Abstract

Un proceso integrado para la gasificación de una materia prima de petróleo crudo total para producir un gas de síntesis y electricidad, comprendiendo el proceso: a. introducir en un reactor de gasificación de pared de membrana, como materia prima, una mezcla de petróleo crudo total y un material productor de cenizas sólido capaz de formar un revestimiento protector de escoria sobre las paredes laterales del reactor de gasificación de pared de membrana, y una cantidad predeterminada de oxígeno y de vapor basada en el contenido de carbono de la materia prima; b. someter la mezcla de petróleo crudo total y material productor de cenizas sólido a una oxidación parcial para producir hidrógeno y monóxido de carbono en forma de un gas de síntesis bruto caliente y un revestimiento protector de escoria sobre las paredes laterales del reactor de gasificación de pared de membrana; c. hacer pasar el gas de síntesis bruto caliente a un intercambiador de calor con generación de vapor para enfriar el gas de síntesis bruto caliente y producir vapor; d. introducir el vapor procedente del intercambiador de calor en una turbina para producir electricidad; y e. recuperar el gas de síntesis enfriado.

Description

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DESCRIPCION

Proceso integrado para la gasificacion de petroleo crudo total en un gasificador de pared de membrana y generacion de electricidad

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a procesos para la oxidacion parcial de una materia prima de petroleo crudo total en un reactor de gasificacion de pared de membrana para producir un gas de smtesis y electricidad.

Descripcion de la tecnica relacionada

La gasificacion es bien conocida en la tecnica y se lleva a la practica en todo el mundo con aplicacion a combustibles fosiles solidos y lfquidos pesados, que incluyen las fracciones pesadas de refinena. El proceso de gasificacion usa una oxidacion parcial para convertir materiales carbonosos, tales como carbon, petroleo, biocombustible o biomasa, con oxfgeno a alta temperatura, es decir, superior a 800 °C, en un gas de smtesis (“sintegas”), vapor y electricidad. El sintegas, que consiste en monoxido de carbono e hidrogeno, se puede quemar directamente en motores de combustion interna, o se puede usar en la fabricacion de diversos productos qmmicos, tales como el metanol mediante procesos de smtesis conocidos y para producir combustibles sinteticos mediante el proceso de Fischer-Tropsch.

En operaciones de refinena, el principal bloque de proceso es conocido como gasificacion integrada en ciclo combinado (IGCC), que convierte la materia prima en hidrogeno, electricidad y vapor. La Fig. 1 muestra el diagrama de flujo del proceso de un IGCC convencional de la tecnica anterior, que incluye una seccion de preparacion de la alimentacion 102, un reactor de gasificacion 104, una unidad de separacion del aire 180, una unidad de enfriamiento e inactivacion del sintegas 110, un reactor de conversion agua-gas 120, una unidad de eliminacion de gases acidos (AGR) y de recuperacion del azufre (SRU) 130, una turbina de gas 140, un generador de vapor por recuperacion de calor (HRSG) 150, y una turbina de vapor 160.

En un IGCC convencional, se introduce una materia prima mediante una lmea de alimentacion 101 a la seccion de preparacion de la alimentacion 102. La materia prima preparada se hace pasar despues al reactor de gasificacion 104 con una cantidad predeterminada de oxfgeno 103 producido en la unidad de separacion del aire 180. La materia prima se oxida parcialmente en el reactor de gasificacion 104 para producir un sintegas caliente 106 que es transportado a la unidad de enfriamiento e inactivacion del sintegas 110. El sintegas caliente 106 se enfna con agua de alimentacion de la caldera 156 para producir sintegas enfriado 114 y vapor. Una porcion del vapor 112 se hace pasar y se usa en el reactor de conversion agua-gas 120 para producir gas convertido 122, y la porcion restante del vapor 116 se consume en el HRSG 150. El gas convertido 122 se trata en la AGR/sRu 130 para separar y descargar el dioxido de carbono 136, el azufre 138; una porcion del sintegas con hidrogeno que se recupera en 132. Una segunda porcion del sintegas con hidrogeno, identificada como alimentacion de la turbina de gas 134, se hace pasar a la turbina de gas 140 con la alimentacion de aire 142 y se quema para producir electricidad 144. La descarga del gas de combustion a alta presion 146 desde la turbina de gas 140 se transporta al HRSG 150 para generar vapor el cual se usa en la turbina de vapor 160 para producir electricidad adicional 162.

La unidad de separacion del aire 180 y la mayona de los procesos aguas abajo utilizan tecnologfas maduras con factores de alta fiabilidad en funcionamiento. Sin embargo, el reactor de gasificacion 104 tiene una vida de operacion relativamente limitada que puede ser de tan solo 3 meses a 18 meses, dependiendo de las caractensticas de la alimentacion y del diseno del reactor.

Los tres principales tipos de tecnologfas de reactores de gasificacion son el lecho movil, el lecho fluidizado y los sistemas de flujo arrastrado. Cada uno de los tres tipos se puede usar con combustibles solidos, aunque solamente el reactor de flujo arrastrado ha demostrado procesar eficazmente los combustibles lfquidos. En un reactor de flujo arrastrado, el combustible, el oxfgeno y el vapor se inyectan por la parte superior del gasificador a traves de un quemador co-anular. La gasificacion tiene lugar normalmente en un vaso con revestimiento refractario que opera a una presion de aproximadamente 4 MPa (40 bar) a 6 MPa (60 bar) y a una temperatura en el intervalo de 1300 °C a 1700 °C.

Existen dos tipos de construcciones de paredes de gasificador: refractarias y de membrana. El gasificador usa convencionalmente revestimientos refractarios para proteger el vaso del reactor de la escoria corrosiva, el ciclado termico, y las altas temperaturas que vanan de 1400 °C a 1700 °C. El material refractario es sometido a la penetracion de componentes corrosivos procedentes de la generacion del sintegas y la escoria y, despues de esto, a reacciones posteriores en las que los reactantes sufren cambios de volumen significativos que dan como resultado una degradacion de la resistencia de los materiales refractarios. La sustitucion de los revestimientos refractarios degradados puede costar varios millones de dolares al ano y varias semanas de tiempo de inactividad para un reactor dado. Hasta ahora, la solucion ha sido la instalacion de un segundo gasificador o gasificador paralelo para

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proporcionar la necesaria capacidad de operacion continua durante el tiempo de inactividad por mantenimiento, aunque la consecuencia indeseable de esta duplicacion es un aumento significativo de los costes de capital asociados a la operacion unitaria.

Una tecnologfa de gasificadores de pared de membrana alternativa usa una pantalla de refrigeracion protegida por una capa de un material refractario para proporcionar una superficie sobre la cual la escoria fundida se solidifica y fluye hacia abajo hacia la zona de inactivacion en la parte inferior del reactor. Las ventajas del reactor de pared de membrana incluyen una reduccion de las dimensiones del reactor en comparacion con otros sistemas; un tiempo de funcionamiento promedio significativamente superior del 90 %, en comparacion con un tiempo de funcionamiento del 50 % para un reactor de paredes refractarias; la eliminacion de la necesidad de tener un reactor paralelo para mantener una operacion continua como en el caso de los reactores de paredes refractarias; y el crecimiento de una capa de escoria solida y lfquida que proporciona autoproteccion a las secciones de pared enfriadas con agua.

En un gasificador de pared de membrana, el crecimiento de una capa de escoria de cenizas minerales solidificada sobre la pared actua como una superficie protectora adicional y como aislante para minimizar o reducir la degradacion del material refractario y las perdidas de calor a traves de la pared. El diseno del reactor enfriado con agua evita tambien lo que se denomina una operacion de gasificador de "pared caliente", que requiere la construccion de multiples capas gruesas de materiales refractarios costosos que estan sometidos a degradacion. En el reactor de pared de membrana, la capa de escoria se renueva continuamente con el deposito de solidos sobre la superficie relativamente fna. Otras ventajas incluyen tiempos de puesta en marcha/parada mas cortos; menores costes de mantenimiento que el reactor de tipo refractario; y la capacidad de gasificar materias primas con elevado contenido de cenizas, proporcionando de este modo mayor flexibilidad en el tratamiento de una amplia variedad de carbones, coque de petroleo, mezclas carbon/coque de petroleo, co-alimentacion de biomasa y materias primas lfquidas.

Hay dos tipos principales de disenos de reactores de pared de membrana que estan adaptados para procesar materias primas solidas. Uno de tales reactores usa tubos verticales en un proceso de flujo ascendente equipado con varios quemadores para combustibles solidos, por ejemplo, coque de petroleo. Un segundo reactor de materia prima solida usa tubos de espiral y un procesamiento de flujo descendente para todos los combustibles. Para combustibles solidos, se ha desarrollado un quemador unico que tiene una energfa termica de aproximadamente 500 MWt para uso comercial. En ambos de estos reactores, el flujo de agua de refrigeracion presurizada en los tubos es controlado para enfriar el material refractario y asegurar el flujo descendente de la escoria fundida. Ambos sistemas han demostrado una gran utilidad con combustibles solidos, aunque no con combustibles lfquidos.

El reactor de gasificacion se opera para producir gas de smtesis, o sintegas. Para la produccion de combustibles lfquidos y compuestos petroqmmicos, el parametro clave es la relacion molar del hidrogeno con respecto al monoxido de carbono en el sintegas seco. Esta relacion esta normalmente entre 0,85:1 y 1,2:1, dependiendo de las caractensticas de la materia prima. Es necesario un tratamiento adicional del sintegas para aumentar esta relacion del hidrocarburo con respecto al carbono hasta 2:1 para aplicaciones Fischer-Tropsch, o para producir hidrogeno adicional mediante una reaccion de conversion agua-gas representada por CO + H2O ^ CO2 + H2. En algunos casos, parte del sintegas se quema junto con parte de los gases emitidos en un ciclo combinado para producir electricidad y vapor. La eficacia global de este proceso esta entre el 44 % y el 48 %.

Aunque el proceso de gasificacion esta bien desarrollado y es adecuado para los fines previstos, sus aplicaciones junto con los procesos para el petroleo crudo total han sido limitadas. El documento WO 2013/015899 A1, por ejemplo, divulga un proceso para la gasificacion de aceite pesado residual con coque en partroulas usando un reactor de gasificacion de pared de membrana a fin de producir gas de smtesis y electricidad. El documento WO 2012/047439 divulga un proceso para la gasificacion de neumaticos de desecho con aceites residuales usando un reactor de gasificacion de pared de membrana a fin de producir gas de smtesis y electricidad. En una refinena normal, el petroleo crudo total se procesa inicialmente en una columna de destilacion atmosferica o una torre de crudo en la que se separa en una serie de componentes diferentes que incluyen gasolina con un punto de ebullicion de 36 °C a 180 °C, diesel con un punto de ebullicion de 180 °C a 370 °C, y fracciones pesadas atmosfericas con un punto de ebullicion superior a 370 °C. El residuo de fracciones pesadas atmosfericas se procesa adicionalmente en una columna de destilacion al vacro en la que se separa en un gasoleo de vacro (VGO) con un punto de ebullicion en el intervalo de 370 °C a 520 °C y un residuo pesado de vacro con un punto de ebullicion superior a 520 °C. El VGO se puede procesar posteriormente mediante hidrocraqueo para producir gasolina y diesel, o mediante craqueo catalttico fluidizado (FCC) para producir gasolina y aceites de ciclo. El residuo pesado de vacro se puede tratar para eliminar impurezas no deseadas o para convertirlo en productos de hidrocarburo utiles.

El problema abordado por la presente invencion es el de convertir directamente una materia prima de petroleo crudo total con un valor relativamente bajo en un proceso que es economicamente viable, y que es capaz de producir un sintegas y/o un sistema enriquecido en hidrogeno que se puede usar como corriente de alimentacion para otros procesos en la misma refinena, o que se puede usar para producir metanol y/o combustibles sinteticos.

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SUMARIO DE LA INVENCION

La presente invencion comprende el procesamiento integrado de petroleo crudo total mediante la oxidacion parcial de la materia prima en un reactor de gasificacion de pared de membrana para producir un sintegas y/o un sistema enriquecido en hidrogeno as^ como para generar energfa electrica.

El proceso de la presente invencion se define en la reivindicacion 1. Las realizaciones preferentes se exponen en las reivindicaciones dependientes.

De acuerdo con una o mas realizaciones adicionales de la invencion, el proceso para la gasificacion del petroleo crudo total incluye un vaso de reaccion de conversion agua-gas para convertir monoxido de carbono en hidrogeno mediante la reaccion de conversion agua-gas representada por CO + H2O ^ CO2 + H2, a fin de incrementar de este modo el volumen de hidrogeno en el sintegas convertido.

Tal como se usa en el presente documento, las expresiones "material productor de cenizas" o "material formador de cenizas" son sinonimas y se refieren a un material que produce una ceniza solida que forma escoria en el reactor de pared de membrana.

El material productor de cenizas usado en el proceso de la invencion se selecciona entre el grupo que consiste en oxidos naturales y sinteticos de Si, Al, Fe, Ca, Mg, P, K, Na, S y Ti, y mezclas de los mismos, y esta en forma de partroulas finamente divididas, y se mezcla con el petroleo crudo total y constituye de un 2 % a un 5 % en peso del peso total de la materia prima.

Otros aspectos, realizaciones y ventajas del proceso de la presente invencion se discuten con detalle mas adelante. Asimismo, se ha de entender que tanto la informacion precedente como la descripcion detallada siguiente son ejemplos meramente ilustrativos de varios aspectos y realizaciones, y estan concebidos para proporcionar una vision de conjunto o marco para la comprension de la naturaleza y caracter de las realizaciones y caractensticas reivindicadas. Los dibujos adjuntos se incluyen para proporcionar ilustracion y una comprension adicional de los diversos aspectos y realizaciones. Los dibujos, junto con el resto de la memoria descriptiva, sirven para explicar los principios y operaciones de los aspectos y realizaciones descritos y reivindicados.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

El sumario anterior, asf como la descripcion detallada siguiente se comprenderan mejor cuando se lean junto con los dibujos adjuntos en los que:

La Fig. 1 es un diagrama esquematico de un proceso de gasificacion integrada en ciclo combinado de la tecnica anterior; y

La Fig. 2 es un diagrama esquematico de un proceso para la gasificacion de una materia prima de petroleo crudo total de acuerdo con la presente invencion.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

El proceso integrado para la produccion de un sintegas y/o hidrogeno mediante oxidacion parcial de una materia prima de petroleo crudo total en un reactor de gasificacion de pared de membrana y la turbina de vapor asociada para la produccion de electricidad se describiran con referencia al diagrama esquematico de la Fig. 2.

El aparato de gasificacion del petroleo crudo total 200 incluye un reactor de gasificacion de pared de membrana 210, un intercambiador de calor 220, una turbina 230 y un vaso de reaccion de conversion agua-gas 240. Notese que aunque la realizacion del aparato 200 descrita en el presente documento incluye un vaso de reaccion de conversion agua-gas para promover la produccion de hidrogeno mediante la conversion de todo o de una parte del monoxido de carbono en sintegas, se pueden poner en practica realizaciones alternativas similares al aparato 200 sin el vaso de reaccion de conversion agua-gas.

El reactor de gasificacion de pared de membrana 210 incluye una entrada 211 en comunicacion fluida con un conducto 213 para introducir la materia prima de petroleo crudo total, un conducto 219 para introducir una cantidad controlada de material productor de cenizas, un conducto 215 para introducir una cantidad controlada de una corriente presurizada de oxfgeno o un gas que contiene oxfgeno, y un conducto 217 para introducir una cantidad controlada de vapor. El reactor de gasificacion de pared de membrana 210 incluye tambien una salida 212 para descargar el sintegas bruto caliente.

El intercambiador de calor 220 incluye una entrada 221 en comunicacion fluida con la salida 212 del reactor de gasificacion de pared de membrana 210, una salida 222 para descargar el vapor, y una salida 224 para descargar el sintegas enfriado.

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La turbina 230 incluye una entrada 231 en comunicacion fluida con la salida 222 del intercambiador de calor 220, y un conductor electrico 232 para transmitir la electricidad generada, y una salida 234 para la corriente de baja presion.

El vaso de reaccion de conversion agua-gas 240 opcional incluye una entrada 241 en comunicacion fluida con la salida 224 del intercambiador de calor 220 mediante una valvula de tres vfas 226 para recibir el sintegas enfriado y un conducto 243 para introducir una cantidad controlada de vapor, y una salida 242 para descargar el producto de sintegas convertido rico en hidrogeno.

En la practica del metodo de la invencion, se introduce una materia prima de petroleo crudo total como corriente de alimentacion presurizada por el conducto 213 al reactor de gasificacion de pared de membrana 210 junto con una cantidad predeterminada de material productor de cenizas solido por el conducto 219, una cantidad predeterminada de oxfgeno o un gas que contiene oxfgeno por el conducto 215 y una cantidad predeterminada de vapor por el conducto 217. A fin de optimizar la operacion del reactor, se debe obtener previamente un analisis del contenido de carbono de la alimentacion de petroleo crudo para determinar la cantidad estequiometrica de oxfgeno que se ha de introducir en el gasificador. Un metodo de analisis del carbono que es adecuado para tal fin se describe en la norma ASTM D-5291.

El material de petroleo crudo total y el material solido se mezclan, por ejemplo, usando un mezclador en lmea, un vaso de mezcla de flujo continuo u otro aparato conocido. La mezcla de petroleo crudo y material productor de cenizas solido se oxida parcialmente en el reactor de gasificacion de pared de membrana 210 para producir hidrogeno y monoxido de carbono en forma de un sintegas bruto caliente. Una ventaja particular del proceso de la invencion es que no se requiere un gas combustible auxiliar o complementario para mantener la temperatura de gasificacion, ya que todos los valores de combustion requeridos para la combustion estan presentes en los componentes mas ligeros del petroleo crudo total. La escoria formada en el reactor de gasificacion procedente del material productor de cenizas se complementa tambien con algunos de los constituyentes que estan presentes en el petroleo crudo.

El sintegas bruto caliente se descarga desde la salida 212 del reactor de gasificacion de pared de membrana 210 y pasa a la entrada 221 del intercambiador de calor 220 para producir un sintegas enfriado que se descarga por la salida 224. El vapor descargado desde la salida 222 del intercambiador de calor 220 pasa a la entrada 231 de la turbina 230 para producir electricidad que se transmite por la salida del conductor 232. La corriente de baja presion procedente de la turbina se descarga por la salida 234.

En determinadas realizaciones, al menos una porcion del sintegas enfriado se transporta a traves de la valvula 226 a la entrada 241 del vaso de reaccion de conversion agua-gas 240 con vapor introducido por el conducto 243. El vapor se puede derivar opcionalmente desde el generador de vapor 220. El monoxido de carbono se convierte en hidrogeno en presencia de vapor mediante la reaccion de conversion agua-gas representada por CO + H2O ^ CO2 + H2. El contenido de monoxido de carbono se reduce a menos de un uno por ciento molar tras la reaccion de conversion agua-gas. Una mezcla de hidrogeno, dioxido de carbono, monoxido de carbono sin reaccionar y otras impurezas se descarga por la salida 242 en forma de sintegas convertido. Opcionalmente, se recupera gas hidrogeno de alta pureza mediante un proceso tal como adsorcion a presion oscilante (PSA), o mediante el uso de membranas, absorcion, adsorcion, o combinaciones de los mismos.

Las materias primas para el proceso descrito en el presente documento son un petroleo crudo total con un punto de ebullicion en el intervalo de 36 °C a aproximadamente 1500 °C o, incluso, de hasta 2000 °C. El valor superior se estima basandose en los estudios comunicados en la tecnica y en la presencia de compuestos de muy alto peso molecular presentes en el petroleo crudo. Vease Katz, D.L. et al., "Predicting Phase Behavior of Condensate/Crude

011 Systems Using Methane Interaction Coefficients", Journal of Petroleum Technology, (1978), 1649 y Boduszynski, M. et al., Oil & Gas Journal, Sept. 11, 1995. La materia prima puede ser un petroleo crudo ligero que contiene de menos de un 10 % hasta aproximadamente un 60 % en peso de fracciones ligeras con un punto de ebullicion en el intervalo de 36 °C a 370 °C. La materia prima puede ser un petroleo crudo bituminoso pesado que contiene de menos de un 25 % hasta aproximadamente un 90 % en peso de fracciones ligeras con un punto de ebullicion en el intervalo de 36 °C a 565 °C. El contenido de hidrogeno de la fraccion ligera esta normalmente en el intervalo de un

12 a un 16 % en peso.

La adicion de un material productor de cenizas solido a la alimentacion del reactor de petroleo crudo total es necesaria para producir suficientes cenizas fundidas que se condensen sobre las paredes laterales del reactor enfriadas a fin de formar el revestimiento protector de escoria lfquida. Si bien el petroleo crudo total contiene algunos constituyentes que produciran partfculas de ceniza fundidas tras la combustion, el volumen total de tales constituyentes productores de cenizas presentes en el petroleo crudo no es solo suficiente para producir un revestimiento protector de escoria sobre las paredes del reactor. El material productor de cenizas solido puede incluir oxidos naturales y/o sinteticos. Materiales adecuados para la formacion de escoria sobre las paredes del reactor son uno o mas oxidos de elementos de los grupos IA-VA, IVB, VIIIB de la tabla periodica. Compuestos preferentes incluyen uno o mas oxidos que contienen Si, Al, Fe, Ca, Mg, P, K, Na, S y Ti. Los oxidos son del tipo producido normalmente mediante la combustion parcial del carbon. La cantidad de azufre presente en crudos

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pesados tales como residuos de vado, bitumenes y en solidos tales como asfaltenos y coque es elevada y los oxidos formados son sulfatos o sulfitos solidos. El contenido de material productor de cenizas solido puede constituir del 2 % al 10 % en peso del petroleo crudo total, siendo preferentes los valores menores del intervalo.

El material productor de cenizas solido esta preferentemente en forma de partroulas finamente divididas que fluyen libremente en estado seco. El tamano de partroula es suficientemente pequeno como para evitar cualquier obstruccion de las boquillas u otros medios de distribucion en el reactor. Las partroulas deben pasar a traves de un tamiz con un tamano de 35 mallas Tyler. Estas partroulas se pueden introducir en la alimentacion lfquida suficientemente aguas arriba del reactor de pared de membrana para mantener su distribucion a lo largo de la corriente de alimentacion. A fin de asegurar una mezcla suficientemente uniforme de las partroulas, la corriente de alimentacion se puede hacer pasar a traves de un mezclador en lrnea u otros dispositivos que son conocidos en la tecnica por conseguir el grado deseado de mezcla de un material seco en una corriente lfquida a la que es anadido.

En otras realizaciones, el material en partroulas seco se puede tratar, por ejemplo, mediante pulverizacion con un tensioactivo para facilitar la mezcla con el petroleo crudo total. A fin de facilitar el bombeo y la dosificacion, el material o materiales en partroulas secos se pueden mezclar previamente con una porcion del petroleo crudo total, o algun otro material hidrocarburo lfquido en un vaso de mezcla separado y se pueden almacenar o retirar directamente cuando sea necesario y anadir como una mezcla solido/lfquido concentrada en la proporcion apropiada al petroleo crudo total para conseguir los porcentajes en peso deseados del material productor de cenizas.

En general, las condiciones de operacion para el reactor de gasificacion de pared de membrana incluyen una temperatura en el intervalo de 1200 °C a 1800 °C; una presion en el intervalo de 3 MPa (30 bar) a 10 MPa (100 bar); una relacion molar del contenido de oxfgeno con respecto al de carbono de la materia prima en el intervalo de 0,1:1 a 2:1, en determinadas realizaciones de 0,5:1 a 2:1, y en realizaciones adicionales de 1:1 a 5:1; una relacion molar del contenido de vapor con respecto al de carbono de la materia prima en el intervalo de 0,1:1 a 10:1, en determinadas realizaciones de 0,1:1 a 2:1, y en realizaciones adicionales de 0,4:1 a 0,6:1.

Las propiedades del sintegas sometido a la reaccion de conversion agua-gas son una temperatura en el intervalo de 150 °C a 400 °C; una presion en el intervalo de 0,1 MPa (1 bar) a 6 MPa (60 bar); y una relacion molar del agua con respecto al monoxido de carbono de 5:1 a 3:1.

El aparato y los procesos descritos en el presente documento ofrecen notables ventajas en comparacion con otros procesos del petroleo crudo total. La presente invencion elimina el coste relativo a la destilacion del petroleo crudo total. Se producen sintegas y/o gas hidrogeno, vapor de proceso y electricidad valiosos de forma eficaz para su uso in situ en la refinena. El proceso de la presente invencion se puede poner en practica con particular ventaja cuando se necesita hidrogeno para el hidroprocesamiento y no hay disponible gas natural. Esto es el caso normalmente en refinenas cuando se requiere la conversion total para satisfacer la demanda de productos mas ligeros y mas limpios, tales como gasolina, combustible para reactores, y combustibles de transporte de diesel.

Ejemplo

En este ejemplo basado en modelado, una muestra de 1000 kg que consiste en una mezcla de 968,7 kg de petroleo crudo total que contiene 31,3 kg de material de cenizas solido finamente dividido, el cual representa aproximadamente un 3 % en peso de la alimentacion lfquida total, se introduce como materia prima presurizada en un reactor de gasificacion de pared de membrana. El reactor de gasificacion se opera a 1045 °C y 2,8 MPa (28 bar). La relacion del vapor con respecto al carbono es 0,6:1 en peso. La relacion del oxfgeno con respecto al carbono es 1:0,85 en peso. El petroleo crudo total se oxida parcialmente para producir hidrogeno y monoxido de carbono que se recuperan en forma de un sintegas bruto caliente y se hacen pasar a un intercambiador de calor para generar vapor. El sintegas bruto enfriado se envfa al vaso de reaccion de conversion agua-gas para aumentar el rendimiento de hidrogeno. La reaccion de conversion agua-gas se lleva a cabo a 318 °C y 0,1 MPa (1 bar). La relacion molar del vapor con respecto al monoxido de carbono es 3:1. Los rendimientos de los productos se resumen en la tabla 1. Como puede verse en la tabla 1, la gasificacion de 968,7 kg de petroleo crudo total produce 256,2 kg de gas hidrogeno.

Tabla 1- Rendimientos de gasificacion

Corriente: Petroleo crudo total (por entrada 213) Oxfgeno (por conductc 215) Vapor (por conducto 217) Sintegas bruto (por salida 224 y entrada 241) Vapor (por conducto 243) Sintegas convertido (por salida 242)

: Kg Kg Kg Kg Kg Kg

Alquitran total (que contiene cenizas): 1000,0

Alquitran (que contiene hidrocarburos): 968,70

Oxfgeno: 1000,0

CH4: 6,5 6,5

H2: 137,3 256,2

CO: 1738,8 86,9

CO2: 371,9 2967,7

H2O: 506,7 182,8 1521,5 642,4

H2S: 28,6 28,6

COS: 5,6 5,6

N2: 2,5 2,5

Ar: 0,0 0,0

NH3: 0,0 0,1

Total: 1000,0 35,0 506,7 2474,2 1521,5 3996,5

Balance de materia total: 98,7

BM Ox^geno: 98,5

5 Se han descrito anteriormente el metodo y el sistema de la presente invencion y con referencia a las figuras adjuntas; no obstante, modificaciones derivadas de esta descripcion seran evidentes para los expertos habituales en la tecnica y el alcance de proteccion de la invencion vendra determinado por las reivindicaciones que siguen:

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REIVINDICACIONES

1. Un proceso integrado para la gasificacion de una materia prima de petroleo crudo total para producir un gas de smtesis y electricidad, comprendiendo el proceso:

a. introducir en un reactor de gasificacion de pared de membrana, como materia prima, una mezcla de petroleo crudo total y un material productor de cenizas solido capaz de formar un revestimiento protector de escoria sobre las paredes laterales del reactor de gasificacion de pared de membrana, y una cantidad predeterminada de oxfgeno y de vapor basada en el contenido de carbono de la materia prima;

b. someter la mezcla de petroleo crudo total y material productor de cenizas solido a una oxidacion parcial para producir hidrogeno y monoxido de carbono en forma de un gas de smtesis bruto caliente y un revestimiento protector de escoria sobre las paredes laterales del reactor de gasificacion de pared de membrana;

c. hacer pasar el gas de smtesis bruto caliente a un intercambiador de calor con generacion de vapor para enfriar el gas de smtesis bruto caliente y producir vapor;

d. introducir el vapor procedente del intercambiador de calor en una turbina para producir electricidad; y

e. recuperar el gas de smtesis enfriado.
2. El proceso de la reivindicacion 1, en el que el material productor de cenizas solido esta en forma de partmulas finamente divididas, y se mezcla con el petroleo crudo total y constituye del 2 % al 5 % en peso del peso total de la materia prima de petroleo crudo total.
3. El proceso de la reivindicacion 1, en el que el material productor de cenizas solido se selecciona entre el grupo que consiste en oxidos naturales y sinteticos de Si, Al, Fe, Ca, Mg, P, K, Na, S y Ti y mezclas de los mismos.
4. El proceso de la reivindicacion 1, en el que el petroleo crudo total contiene de un 1a un 60% en peso de fracciones ligeras con un punto de ebullicion en el intervalo de 36 °C a 370 °C.
5. El proceso de la reivindicacion 1, en el que el petroleo crudo total contiene de un 1 a un 10% en peso de fracciones ligeras con un punto de ebullicion en el intervalo de 36 °C a 370 °C.
6. El proceso de la reivindicacion 1, en el que el petroleo crudo total contiene de un 1 a un 90% en peso de fracciones ligeras con un punto de ebullicion en el intervalo de 36 °C a 565 °C.
7. El proceso de la reivindicacion 1, en el que el petroleo crudo total contiene de un 1a un 25% en peso de fracciones ligeras con un punto de ebullicion en el intervalo de 36 °C a 565 °C.
8. El proceso de las reivindicaciones 4-7, en el que el contenido de hidrogeno de la fraccion ligera esta en el intervalo del 12 al 16 % en peso.
9. El proceso de la reivindicacion 1, en el que la temperatura de operacion del reactor de gasificacion esta en el intervalo de 1200 °C a 1800 °C.
10. El proceso de la reivindicacion 1, en el que la relacion molar del oxfgeno con respecto al carbono en el reactor de gasificacion esta en el intervalo de 0,5:1 a 10:1.
11. El proceso de la reivindicacion 1, en el que la relacion molar del oxfgeno con respecto al carbono en el reactor de gasificacion esta en el intervalo de 1:1 a 2:1.
12. El proceso de la reivindicacion 1, en el que la relacion molar del vapor con respecto al carbono en el reactor de gasificacion esta en el intervalo de 0,1:1 a 10:1 en peso.
13. El proceso de la reivindicacion 12, en el que la relacion molar del vapor con respecto al carbono en el reactor de gasificacion esta en el intervalo de 0,5:1 a 1:1 en peso.
14. El proceso de la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente someter el sintegas enfriado procedente de la etapa (e) a una reaccion de conversion agua-gas con una cantidad predeterminada de vapor, y recuperar una mezcla de hidrogeno y dioxido de carbono.
15. El proceso de la reivindicacion 14, en el que la relacion molar del agua con respecto al monoxido de carbono en el vaso de reaccion de conversion agua-gas esta en el intervalo de 5:1 a 3:1.