ES2687687T3 - Process for desulfurization of petroleum oil - Google Patents

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Abstract

Proceso para la desulfuración de aceites de petróleo, comprendiendo dicho proceso las etapas siguientes: diluir aceite de petróleo con un disolvente orgánico de hidrocarburo seleccionado de entre el grupo que consiste en alcanos, alquenos, alquenos cíclicos y alquinos, para obtener una mezcla de aceite-disolvente, estando la relación del disolvente orgánico con respecto al aceite de petróleo en la mezcla de aceitedisolvente en el intervalo comprendido entre 50:50 y 20:80, sobre la base del peso en g de aceite de petróleo y el volumen en ml del disolvente orgánico de hidrocarburo en la mezcla; transferir la mezcla de aceite-disolvente a un recipiente de reactor; adicionar sodio metálico sólido a la mezcla de aceite-disolvente en el recipiente del reactor, estando la concentración de sodio comprendida entre el 0,1 y el 20% de la concentración de aceite de petróleo, en peso; hacer reaccionar la mezcla de aceite-disolvente con sodio a una temperatura en el intervalo comprendido entre 240 y 350 ºC y una presión en el intervalo comprendido entre 101 y 3.550 kPa (0 a 500 psig) durante minutos a 4 horas bajo mezclado para obtener una mezcla resultante; enfriar y asentar la mezcla resultante; y decantar la mezcla enfriada y filtrar la solución decantada de aceite de petróleo desulfurado.Process for the desulfurization of petroleum oils, said process comprising the following steps: diluting petroleum oil with an organic hydrocarbon solvent selected from the group consisting of alkanes, alkenes, cyclic alkynes and alkynes, to obtain a mixture of oil- solvent, the ratio of the organic solvent with respect to the petroleum oil in the mixture of oil solvent in the range between 50:50 and 20:80, based on the weight in g of petroleum oil and the volume in ml of the solvent organic hydrocarbon in the mixture; transfer the oil-solvent mixture to a reactor vessel; adding solid metallic sodium to the oil-solvent mixture in the reactor vessel, the concentration of sodium being between 0.1 and 20% of the petroleum oil concentration, by weight; react the oil-solvent mixture with sodium at a temperature in the range between 240 and 350 ° C and a pressure in the range between 101 and 3,550 kPa (0 to 500 psig) for minutes to 4 hours under mixing to obtain a resulting mixture; cool and settle the resulting mixture; and decant the cooled mixture and filter the decanted solution of desulfurized petroleum oil.

Description

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DESCRIPCIONDESCRIPTION

Proceso para la desulfuración de aceite de petróleo.Process for desulfurization of petroleum oil.

Campo de la exposiciónExhibition Field

La presente exposición se refiere a procesos de desulfuración.This exhibition refers to desulfurization processes.

Particularmente, la exposición se refiere a un proceso para la desulfuración de aceites pesados de petróleo y aceites residuales de petróleo, más particularmente, aceite para fabricación de negro de carbón.Particularly, the exposition refers to a process for the desulfurization of heavy petroleum oils and residual petroleum oils, more particularly, carbon black manufacturing oil.

AntecedentesBackground

Los aceites de petróleo son mezclas complejas principalmente de hidrocarburos y otros compuestos que contienen carbono. La composición total del aceite de petróleo o aceite crudo se sabe que varía significativamente desde su origen o la localización geográfica de la refinería. La composición elemental de estos aceites consiste en aproximadamente carbono (84 al 87%), hidrógeno (12 al 14%) junto con oxígeno, nitrógeno, azufre, humedad y cenizas. El contenido de azufre puede variar sustancialmente del 0,2 al 8%. Además de estos componentes principales, existen trazas de impurezas metálicas, que pueden estar presentes inicialmente o se pueden asociar al aceite durante diversas etapas del procesado en la refinería. Los aceites crudos también pueden contener hidrocarburos, parafinas, asfaltenos, resinas y cenizas. Las composiciones de aceite crudo se pueden diferenciar en varias fracciones individuales con diferentes intervalos de ebullición. Las fracciones con bajo punto de ebullición (< 170 °C) son, típicamente, naftas, aquellas entre 180 y 250 °C son queroseno, y las que tienen un punto de ebullición en el intervalo comprendido entre 250 y 350 °C se denominan gasóleos. Las fracciones con un punto de ebullición por encima de 350 °C se denominan, en general, residuos, y se obtienen después de que la totalidad o la mayor parte de los productos destilables se ha eliminado del aceite de petróleo. Estas fracciones residuales se podrían distinguir adicionalmente en gasóleos de vacío ligeros, gasóleos de vacío pesados y residuos de vacío. Cada una de estas diferentes fracciones presenta una distribución molecular diferente de diversas especies de hidrocarburos y compuestos relacionados. En particular, uno de los aspectos significativos es la distribución de especies que contienen azufre en estas fracciones. El uso de los residuos de aceite de petróleo incluye la calefacción (como combustible), y como materia prima para la fabricación de negro de carbón. La presencia de azufre en el residuo de aceite de petróleo tiene una serie de inconvenientes. Durante la combustión completa o parcial del residuo de petróleo, el azufre se convierte en SO2 y SO3. Estos generan problemas medioambientales importantes en forma de lluvias ácidas y afectan negativamente a la salud. Además, las especies con azufre provocan la contaminación de sistemas catalizadores usados en las refinerías. Se sabe también que las mismas son el motivo principal de corrosión de los equipos y de gases de escape. La presencia de azufre en la fracción residual tiene otras ramificaciones en caso de usarla como material de partida para la fabricación de negro de carbón. Aparte de una contaminación significativa del aire, estas especies permanecen asociadas al producto final de negro de carbón lo cual es perjudicial en diversas aplicaciones. Además, un alto contenido de azufre afecta al rendimiento del proceso de fabricación.Petroleum oils are complex mixtures mainly of hydrocarbons and other carbon-containing compounds. The total composition of petroleum oil or crude oil is known to vary significantly from its origin or the geographical location of the refinery. The elemental composition of these oils consists of approximately carbon (84 to 87%), hydrogen (12 to 14%) together with oxygen, nitrogen, sulfur, moisture and ashes. The sulfur content can vary substantially from 0.2 to 8%. In addition to these main components, there are traces of metallic impurities, which may be present initially or may be associated with the oil during various stages of the refinery process. Crude oils may also contain hydrocarbons, paraffins, asphaltenes, resins and ashes. The crude oil compositions can be differentiated into several individual fractions with different boiling ranges. Fractions with a low boiling point (<170 ° C) are typically naphtha, those between 180 and 250 ° C are kerosene, and those with a boiling point in the range between 250 and 350 ° C are called diesel. . Fractions with a boiling point above 350 ° C are generally called waste, and are obtained after all or most of the distilled products have been removed from petroleum oil. These residual fractions could be further distinguished in light vacuum diesel, heavy vacuum diesel and vacuum waste. Each of these different fractions has a different molecular distribution of various species of hydrocarbons and related compounds. In particular, one of the significant aspects is the distribution of sulfur-containing species in these fractions. The use of petroleum oil waste includes heating (as fuel), and as a raw material for the manufacture of carbon black. The presence of sulfur in the petroleum oil residue has a number of drawbacks. During the complete or partial combustion of the petroleum residue, the sulfur becomes SO2 and SO3. These generate significant environmental problems in the form of acid rains and negatively affect health. In addition, sulfur species cause contamination of catalyst systems used in refineries. It is also known that they are the main reason for corrosion of equipment and exhaust gases. The presence of sulfur in the residual fraction has other ramifications if used as a starting material for the manufacture of carbon black. Apart from significant air pollution, these species remain associated with the final carbon black product which is harmful in various applications. In addition, a high sulfur content affects the performance of the manufacturing process.

El aceite para la fabricación de negro de carbón (CBFO) es un material de partida usado para fabricar negro de carbón, que es un material importante usado en la industria de los neumáticos. La materia prima de negro de carbón es una mezcla de C12 y componentes superiores ricos en naftaleno, metilindenos, antraceno, fluoreno y otros componentes poliaromáticos. El CBFO se obtiene esencialmente o bien a partir de refinerías petroleras o bien a partir de plantas de destilación de alquitrán de hulla. Existen dos tipos de CBFO, concretamente, el tipo con BMCI Alto y el tipo General. El “BMCI” (Índice de Correlación de la Agencia de Minas) mide efectivamente el grado de rendimiento del negro de carbón. Cuanto mayor sea el BMCI, mejor será el rendimiento del negro de carbón. El CBFO de BMCI Alto es usado como material de partida por los fabricantes de negro de carbón, mientras que el otro grado es usado por diversos consumidores para fabricar aceites en procesos de caucho, varillas de incienso, etcétera.Carbon black manufacturing oil (CBFO) is a starting material used to make carbon black, which is an important material used in the tire industry. The carbon black raw material is a mixture of C12 and higher components rich in naphthalene, methylindenes, anthracene, fluorene and other polyaromatic components. The CBFO is obtained essentially either from oil refineries or from coal tar distillation plants. There are two types of CBFO, specifically, the type with BMCI Alto and the General type. The “BMCI” (Mining Agency Correlation Index) effectively measures the degree of carbon black yield. The higher the BMCI, the better the carbon black yield. BMCI Alto CBFO is used as a starting material by carbon black manufacturers, while the other grade is used by various consumers to manufacture oils in rubber processes, incense sticks, and so on.

El contenido de azufre en el CBFO hace que se reduzca el valor efectivo del BMCI. Por otra parte, este azufre se lleva incorporado hasta el producto final de negro de carbón en forma de impureza. Por tanto, resulta interesante reducir el contenido de azufre del CBFO. Por tanto, sería interesante descubrir un método para reducir el contenido de azufre del residuo de aceite de petróleo que se usará como CBFO.The sulfur content in the CBFO causes the effective value of the BMCI to be reduced. On the other hand, this sulfur is incorporated into the final product of carbon black in the form of impurity. Therefore, it is interesting to reduce the sulfur content of CBFO. Therefore, it would be interesting to discover a method for reducing the sulfur content of the petroleum oil residue that will be used as CBFO.

Un proceso de desulfuración se lleva a cabo habitualmente para eliminar azufre (S) de gas natural y productos de petróleo, tales como gasolina, combustible de aviación, queroseno, combustible diésel y fueloil. La materia prima de las refinerías (nafta, queroseno, gasoil y aceites más pesados) contiene una amplia variedad de compuestos orgánicos de azufre, que incluyen tioles, tiofenos, sulfuros orgánicos, disulfuros y muchos otros. Estos compuestos orgánicos de azufre son los productos de la degradación de componentes biológicos que contienen azufre, presentes durante la formación natural del combustible fósil, el aceite crudo de petróleo. La finalidad de eliminar azufre es reducir las emisiones de dióxido de azufre (SO2) que resultan del uso de estos combustibles en vehículos automotores, aeronaves, locomotoras, embarcaciones, centrales eléctricas de gas o petróleo, hornos residenciales e industriales, y otras formas de equipos que usan fuel para combustión.A desulfurization process is usually carried out to remove sulfur (S) from natural gas and petroleum products, such as gasoline, aviation fuel, kerosene, diesel fuel and fuel oil. The raw material of the refineries (naphtha, kerosene, diesel and heavier oils) contains a wide variety of organic sulfur compounds, including thiols, thiophenes, organic sulphides, disulfides and many others. These organic sulfur compounds are the products of the degradation of biological components that contain sulfur, present during the natural formation of the fossil fuel, the crude oil of petroleum. The purpose of removing sulfur is to reduce the sulfur dioxide (SO2) emissions that result from the use of these fuels in motor vehicles, aircraft, locomotives, vessels, gas or oil power plants, residential and industrial furnaces, and other forms of equipment that use fuel for combustion.

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Para reducir el contenido de azufre de diversas fracciones de los aceites de petróleo se han usado varias técnicas que incluyen procesos de transformación catalítica, tales como procesos de hidrodesulfuración y físico- químicos, tales como extracción con disolventes, alquilación, oxidación, precipitación, adsorción, y similares. Para este fin se usa comúnmente la hidro-desulfuración. Este proceso se basa en la hidrogenación catalítica de las especies de azufre para convertirlas en H2S. No obstante, se sabe que la hidrodesulfuración funciona de manera eficiente sobre fracciones con un punto de ebullición inferior, tales como gasolina, nafta, queroseno y similares. En general, los sistemas catalizadores incluyen metales de transición, tales como Ni, Co, Mo, soportados sobre AhO3. En el pasado se han llevado a cabo varios esfuerzos por proporcionar una técnica de hidrodesulfuración. Algunos ejemplos típicos de la técnica anterior se dan a conocer en los documentos US2516877, US2604436, US2697682, US2866751, US2866752, US2911359, US2992182, US3620968, US3668116, US4193864, US4328127, US4960506 y US5677259. La mayor parte de estos procesos son muy adecuados para el tratamiento de fracciones con un punto de ebullición inferior o aceites crudos. No obstante, su eficiencia cae cuando se tratan fracciones con un alto punto de ebullición o residuos de vacío. Esto es debido al hecho de que las fracciones de aceite con un punto de ebullición inferior contienen, principalmente, azufre en forma de mercaptanos o compuestos anulares con menos miembros, los cuales son relativamente más sencillos de desulfurar. No obstante, los aceites residuales o fracciones con alto punto de ebullición contienen especies de azufre que forman parte de los compuestos anulares más estables, tales como benzotiofenos sustituidos y derivados superiores o compuestos anulares de molécula grande que resultan extremadamente difíciles de desulfurar. Algunos ejemplos de la técnica anterior para tratar residuos por hidrodesulfuración incluyen los documentos US2640011, US2992182, US4328127 y US4576710. En la mayoría de los casos, los parámetros de tratamiento son extremos, es decir, uso de temperaturas elevadas por encima de 400°C y presiones por encima de 1.000 psig. Por otra parte, las eficiencias de desulfuración son bajas. Además, debido a estas condiciones difíciles de procesado, la hidrodesulfuración da como resultado la formación de coque, lo cual deriva en la desactivación de los sistemas catalizadores. Además, el proceso de hidrodesulfuración da como resultado la formación de H2S, que, nuevamente, no se puede desechar debido a sus connotaciones medioambientales. Este H2S necesita ser tratado adicionalmente por medio del proceso Claus a una temperatura elevada de aproximadamente 800°C en presencia de catalizador de Al2O3 para su conversión en azufre elemental.To reduce the sulfur content of various fractions of petroleum oils, several techniques have been used that include catalytic transformation processes, such as hydrodesulphurization and physicochemical processes, such as solvent extraction, alkylation, oxidation, precipitation, adsorption, and the like Hydro-desulfurization is commonly used for this purpose. This process is based on the catalytic hydrogenation of sulfur species to convert them into H2S. However, it is known that hydrodesulfurization works efficiently on fractions with a lower boiling point, such as gasoline, naphtha, kerosene and the like. In general, catalyst systems include transition metals, such as Ni, Co, Mo, supported on AhO3. In the past several efforts have been made to provide a hydrodesulfurization technique. Some typical examples of the prior art are disclosed in US2516877, US2604436, US2697682, US2866751, US2866752, US2911359, US2992182, US3620968, US3668116, US4193864, US4328127, US4960506 and US5677259. Most of these processes are very suitable for the treatment of fractions with a lower boiling point or raw oils. However, its efficiency drops when fractions with a high boiling point or vacuum residues are treated. This is due to the fact that oil fractions with a lower boiling point contain, mainly, sulfur in the form of mercaptans or annular compounds with fewer members, which are relatively simpler to desulfurize. However, residual oils or high boiling fractions contain sulfur species that are part of the more stable ring compounds, such as substituted benzothiophenes and higher derivatives or large molecule ring compounds that are extremely difficult to desulfurize. Some examples of the prior art for treating hydrodesulfurization residues include documents US2640011, US2992182, US4328127 and US4576710. In most cases, the treatment parameters are extreme, that is, use of elevated temperatures above 400 ° C and pressures above 1,000 psig. On the other hand, desulfurization efficiencies are low. In addition, due to these difficult processing conditions, hydrodesulphurization results in coke formation, which results in deactivation of catalyst systems. In addition, the hydrodesulphurization process results in the formation of H2S, which, again, cannot be discarded due to its environmental connotations. This H2S needs to be further treated by means of the Claus process at an elevated temperature of approximately 800 ° C in the presence of Al2O3 catalyst for conversion into elemental sulfur.

Además de la hidrodesulfuración, existen otras diversas técnicas que se están explorando para la desulfuración de los aceites de petróleo. Estas incluyen procesos oxidativos, por adsorción, por extracción con disolventes y bioenzimáticos. Algunos ejemplos típicos de la técnica anterior relativos al proceso de desulfuración oxidativo se dan a conocer en los documentos US3816301, US3163593, US3413307, US3505210, US3816301, US3847800, US6274785, US6277271, US7144499, US7179368, US7276152, US7314545, US20050189261,In addition to hydrodesulfurization, there are several other techniques that are being explored for the desulfurization of petroleum oils. These include oxidative processes, by adsorption, by extraction with solvents and bioenzymes. Some typical examples of the prior art relating to the oxidative desulphurization process are disclosed in US3816301, US3163593, US3413307, US3505210, US3816301, US3847800, US6274785, US6277271, US7144499, US7179368, US7276151, US73505451, US73505451

US200600226049, US20080308463 y US20090148374. Los agentes oxidantes comunes usados son H2O2 o H2O2 en combinación con ácido acético y en presencia de un sistema catalizador oxidante. Además, como oxidante también se puede usar hidroperóxido de ferf-butilo ya que el mismo tiende a ser soluble en aceite. En general, los procesos de adsorción usan absorbentes tales como arcilla, Al2O3, bauxita, sistemas de óxidos de metales de transición soportados sobre sílice o alúmina, zeolitas, carbón activado, etcétera. Algunos ejemplos típicos de estos procesos se dan a conocer en los documentos US2436550, US2537756, US2988499, US3620969, US4419224, US4695366, US5219542, US5310717, US6558533, US6500219, US7291259, US20030029777, US20030188993, US20060283780 y US20090000990. Los procesos de extracción con disolventes usan varios sistemas disolventes, tales como dimetil formamida, dimetil sulfóxido, fenoles, dicloroéteres, nitrobenceno y similares. Algunos procesos típicos de la técnica anterior se dan a conocer en los documentos US2486519, US2623004, US2634230 y US3779895. No obstante, la mayoría de los procesos antes mencionados está destinada a la desulfuración de aceites crudos o fracciones con bajo punto de ebullición. De manera similar, la mayor parte de los procesos antes mencionados (excepto el bioenzimático) está destinada a centrarse y eliminar la molécula completa que contiene azufre en lugar de eliminar el átomo de azufre específicamente. Esto puede que no tenga un efecto significativo cuando se considera la desulfuración de aceite crudo o fracciones con un punto de ebullición inferior en la medida en la que el contenido de azufre neto es menor y, además, el azufre se distribuiría sobre un número pequeño de compuestos de bajo peso molecular. No obstante, en el caso de aceites residuales en los que el contenido de azufre puede ser de hasta entre el 4 y el 5%, el azufre parece estar distribuido esencialmente sobre una mayor parte de las moléculas contenidas en el aceite. Por tanto, la eliminación de la molécula completa que contiene azufre daría como resultado una pérdida sustancial de material de la parte de aceite.US200600226049, US20080308463 and US20090148374. Common oxidizing agents used are H2O2 or H2O2 in combination with acetic acid and in the presence of an oxidizing catalyst system. In addition, as an oxidizer, ferf-butyl hydroperoxide can also be used since it tends to be oil soluble. In general, adsorption processes use absorbents such as clay, Al2O3, bauxite, transition metal oxide systems supported on silica or alumina, zeolites, activated carbon, and so on. Some typical examples of these processes are disclosed in documents US2436550, US2537756, US2988499, US3620969, US4419224, US4695366, US5219542, US5310717, US6558533, US6500219, US7291259, US20030029777, US2003018800990, US2006018800990, US2006018800990, US2006018800390 Solvent extraction processes use various solvent systems, such as dimethyl formamide, dimethyl sulfoxide, phenols, dichloroethers, nitrobenzene and the like. Some typical prior art processes are disclosed in documents US2486519, US2623004, US2634230 and US3779895. However, most of the aforementioned processes are intended for the desulphurization of crude oils or low boiling fractions. Similarly, most of the aforementioned processes (except bioenzymatic) are intended to focus and eliminate the entire sulfur-containing molecule instead of specifically eliminating the sulfur atom. This may not have a significant effect when considering the desulfurization of crude oil or fractions with a lower boiling point to the extent that the net sulfur content is lower and, in addition, sulfur would be distributed over a small number of low molecular weight compounds. However, in the case of residual oils in which the sulfur content can be up to 4 to 5%, the sulfur appears to be distributed essentially over a greater part of the molecules contained in the oil. Therefore, the removal of the entire sulfur-containing molecule would result in a substantial loss of material from the oil part.

Otro proceso de desulfuración del tipo mencionado se basa en el uso de metal alcalino, especialmente sodio metálico como agente desulfurante. En este proceso, el azufre se elimina principalmente en forma de un sulfuro metálico en lugar de eliminar la molécula completa que contiene azufre. Algunos ejemplos típicos de la técnica anterior de este proceso son los documentos US1938672, US1952616, US2902441, US3004912, US3093575, US3617530, US3755149, US3787315, US4003824, US4120779, US4123350, US4147612, US4248695,Another desulfurization process of the aforementioned type is based on the use of alkali metal, especially metallic sodium as a desulfurizing agent. In this process, sulfur is removed primarily in the form of a metal sulfide instead of removing the entire sulfur-containing molecule. Some typical examples of the prior art of this process are documents US1938672, US1952616, US2902441, US3004912, US3093575, US3617530, US3755149, US3787315, US4003824, US4120779, US4123350, US4147612, US4248695,

US4437980, US6210564, US7192516, US7507327, US7588680. Así, estos documentos describen laUS4437980, US6210564, US7192516, US7507327, US7588680. Thus, these documents describe the

desulfuración de aceites crudos y aceites residuales por sodio metálico. El sodio metálico se puede usar como metal puro o en una aleación, soportado sobre especies inertes, o disuelto en disolvente tal como amoniaco. Además, estos procesos usan hidrógeno a presiones elevadas en combinación con el sodio metálico para la desulfuración. En algunos procesos, para la desulfuración se usan compuestos basados en sodio tales comodesulfurization of crude oils and residual oils by metallic sodium. Metallic sodium can be used as pure metal or in an alloy, supported on inert species, or dissolved in solvent such as ammonia. In addition, these processes use hydrogen at elevated pressures in combination with metallic sodium for desulfurization. In some processes, sodium-based compounds such as desulfurization are used for desulfurization.

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NaHS, NaNH2, y similares. Uno de los productos principales formados como reacción del sodio metálico con el azufre en el aceite aportado es sulfuro de sodio (Na2S). Algunos de los documentos previamente mencionados de la técnica anterior describen también la regeneración de sodio a partir de Na2S. Estos procesos revelan la eficacia de la desulfuración de azufre recalcitrante, especialmente de aquel de los aceites residuales con un alto punto de ebullición. No obstante, estos procesos de desulfuración basados en sodio están asociados a limitaciones, tales como un bajo rendimiento del aceite aportado desulfurado, la formación de una gran cantidad de lodo insoluble, la necesidad de hidrógeno y problemas de seguridad. La alta viscosidad inherente de los aceites pesados y los residuos de petróleo se lo pone difícil a las operaciones de procesado y separación anteriores y posteriores al proceso de desulfuración. Una gran cantidad de valioso aceite aportado residual permanece asociado al residuo precipitado de sulfuro de sodio o al sodio sin reaccionar en forma de un lodo altamente viscoso. Además, el lodo resulta extremadamente difícil de filtrar y separar debido a su inherente viscosidad y a su naturaleza pegajosa. Por lo tanto, se produce una pérdida sustancial de aportación durante el proceso, especialmente durante la filtración o separación. Además, debido a la densidad inferior del sodio metálico en comparación con la del aceite residual, el sodio metálico puede tender a flotar en la superficie del aceite y puede derivar en una situación peligrosa durante reacciones fallidas o durante un mezclado incompleto.NaHS, NaNH2, and the like. One of the main products formed as a reaction of metallic sodium with sulfur in the oil provided is sodium sulfide (Na2S). Some of the previously mentioned documents of the prior art also describe the regeneration of sodium from Na2S. These processes reveal the efficacy of recalcitrant sulfur desulfurization, especially that of residual oils with a high boiling point. However, these sodium-based desulfurization processes are associated with limitations, such as a low yield of the desulfurized oil provided, the formation of a large amount of insoluble sludge, the need for hydrogen and safety problems. The inherent high viscosity of heavy oils and petroleum residues makes it difficult for processing and separation operations before and after the desulfurization process. A large amount of valuable residual contributed oil remains associated with the precipitated residue of sodium sulphide or unreacted sodium in the form of a highly viscous sludge. In addition, the mud is extremely difficult to filter and separate due to its inherent viscosity and its sticky nature. Therefore, a substantial loss of contribution occurs during the process, especially during filtration or separation. In addition, due to the lower density of metallic sodium compared to that of residual oil, metallic sodium may tend to float on the surface of the oil and may result in a dangerous situation during failed reactions or during incomplete mixing.

El documento GB441703 da a conocer un proceso para la desulfuración de aceites de petróleo, que comprende las siguientes etapas: transferir el aceite de petróleo a una cuba de reactor, adicionar sodio metálico sólido al aceite de petróleo en la cuba del reactor con una concentración de hasta el 20%, hacer reaccionar el aceite de petróleo con sodio a una temperatura en el intervalo comprendido entre 240 y 350°C bajo mezclado, enfriar la mezcla resultante, decantar y filtrar.GB441703 discloses a process for the desulfurization of petroleum oils, which comprises the following steps: transferring the petroleum oil to a reactor vessel, adding solid metallic sodium to the petroleum oil in the reactor vessel with a concentration of up to 20%, react the petroleum oil with sodium at a temperature in the range between 240 and 350 ° C under mixing, cool the resulting mixture, decant and filter.

El documento US2007295640 da a conocer una composición para reducir la viscosidad de aceites pesados; naturaleza del disolvente de aceite de petróleo: alcanos, alquenos; alquenos cíclicos; n-hexano, ciclohexano, heptano, penteno, hexeno, hepteno; tolueno y xileno; y concentración del disolvente de aceite de petróleo: del 5 al 50%; la separación y recuperación del disolvente se lleva a cabo por destilación.US2007295640 discloses a composition for reducing the viscosity of heavy oils; nature of petroleum oil solvent: alkanes, alkenes; cyclic alkenes; n-hexane, cyclohexane, heptane, pentene, hexene, heptene; toluene and xylene; and concentration of petroleum oil solvent: 5 to 50%; Solvent separation and recovery is carried out by distillation.

El documento US5935421 da a conocer un proceso para la desulfuración de aceites de petróleo, que comprende una etapa en la que se hace reaccionar sodio metálico sólido con el aceite en el intervalo de temperatura comprendido entre 260 y 400°C con una presión de hidrógeno de 690 a 4.825 kPa (100 a 700 psi) y durante la cantidad de tiempo de tratamiento de 2 a 90 minutos.US5935421 discloses a process for the desulfurization of petroleum oils, which comprises a stage in which solid metallic sodium is reacted with the oil in the temperature range between 260 and 400 ° C with a hydrogen pressure of 690 to 4,825 kPa (100 to 700 psi) and for the amount of treatment time from 2 to 90 minutes.

Por lo tanto, los procesos conocidos de desulfuración están asociados a una serie de limitaciones, tales como un bajo rendimiento del aceite de aportación desulfurado, la formación de una gran cantidad de lodo insoluble, la necesidad de hidrógeno y problemas de seguridad. La alta viscosidad inherente de los aceites pesados y los residuos de petróleo se lo pone difícil a las operaciones de procesado y separación anteriores y posteriores al proceso de desulfuración. Una gran cantidad de valioso aceite aportado residual permanece asociada al residuo precipitado de azufre o al sodio que no ha reaccionado, en forma de un lodo altamente viscoso. Además, el lodo resulta extremadamente difícil de filtrar y separar debido a su inherente viscosidad y a su naturaleza pegajosa. Se produce una pérdida sustancial de aportación durante el proceso, especialmente durante la filtración o separación. Además, se observó que los procesos de desulfuración basados en sodio dan como resultado la retención de sodio metálico en el aceite. La presencia de sodio metálico, incluso a una concentración tan baja como <100 ppm, da como resultado un cambio en la morfología del negro de carbón durante los procesos de fabricación. Por lo tanto, se percibe una necesidad de desarrollar un proceso para minimizar la pérdida de aportación durante la desulfuración de aceites de petróleo. La presente invención es un proceso mejorado para la desulfuración de aceite de petróleo, especialmente la desulfuración de aceite para fabricación de negro de carbón (CBFO), que reduce el contenido de azufre en el aceite.Therefore, known desulfurization processes are associated with a number of limitations, such as a low yield of the desulfurized input oil, the formation of a large amount of insoluble sludge, the need for hydrogen and safety problems. The inherent high viscosity of heavy oils and petroleum residues makes it difficult for processing and separation operations before and after the desulfurization process. A large amount of valuable residual contributed oil remains associated to the precipitated sulfur residue or to the unreacted sodium, in the form of a highly viscous sludge. In addition, the mud is extremely difficult to filter and separate due to its inherent viscosity and its sticky nature. A substantial loss of contribution occurs during the process, especially during filtration or separation. In addition, it was observed that sodium-based desulfurization processes result in the retention of metallic sodium in the oil. The presence of metallic sodium, even at a concentration as low as <100 ppm, results in a change in the carbon black morphology during manufacturing processes. Therefore, there is a need to develop a process to minimize the loss of contribution during the desulfurization of petroleum oils. The present invention is an improved process for the desulfurization of petroleum oil, especially the desulfurization of carbon black manufacturing oil (CBFO), which reduces the sulfur content in the oil.

Objetivosgoals

Un objetivo de la presente exposición es proporcionar un proceso para la desulfuración de aceite para fabricación de negro de carbón, que proporciona un rendimiento mejorado y una alta calidad de aceite desulfurado.An objective of the present exhibition is to provide a process for desulphurization of oil for the manufacture of carbon black, which provides improved performance and high quality of desulfurized oil.

Otro objetivo de la presente exposición es proporcionar un proceso para la desulfuración de aceite para fabricación de negro de carbón, con operaciones mejoradas de procesado y manipulación.Another objective of the present exhibition is to provide a process for the desulfurization of oil for the manufacture of carbon black, with improved processing and handling operations.

Todavía otro objetivo de la presente exposición es proporcionar un proceso para la desulfuración de aceite para fabricación de negro de carbón sin el uso de hidrógeno.Still another objective of the present exhibition is to provide a process for the desulfurization of oil for the manufacture of carbon black without the use of hydrogen.

Otro objetivo de la presente exposición es proporcionar un proceso para un tratamiento adicional del aceite desulfurado con el fin de eliminar el contenido de sodio residual.Another objective of the present exposition is to provide a process for an additional treatment of the desulfurized oil in order to eliminate the residual sodium content.

SumarioSummary

De acuerdo con la presente exposición, según se especifica en la reivindicación 1, se proporciona un proceso para la desulfuración de aceites de petróleo, comprendiendo dicho proceso las siguientes etapas:In accordance with the present disclosure, as specified in claim 1, a process for the desulfurization of petroleum oils is provided, said process comprising the following steps:

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diluir aceite de petróleo con un disolvente orgánico de hidrocarburo seleccionado de entre un grupo que consiste en alcanos, alquenos, alquenos cíclicos y alquinos, para obtener una mezcla de aceite-disolvente, en donde la relación del disolvente orgánico con respecto al aceite de petróleo en la mezcla de aceite- disolvente está en el intervalo comprendido entre 50:50 y 20:80, sobre la base del peso en g de aceite de petróleo y el volumen en ml del disolvente orgánico de hidrocarburo en la mezcla;dilute petroleum oil with an organic hydrocarbon solvent selected from a group consisting of alkanes, alkenes, cyclic alkynes and alkynes, to obtain an oil-solvent mixture, where the ratio of the organic solvent to the petroleum oil in the oil-solvent mixture is in the range between 50:50 and 20:80, based on the weight in g of petroleum oil and the volume in ml of the organic hydrocarbon solvent in the mixture;

transferir la mezcla de aceite-disolvente a una cuba de reactor;transfer the oil-solvent mixture to a reactor vessel;

adicionar sodio metálico sólido a la mezcla de aceite-disolvente en el recipiente del reactor, en donde la concentración de sodio está entre el 0,1 y el 20% de la concentración de aceite de petróleo, en peso;adding solid metallic sodium to the oil-solvent mixture in the reactor vessel, where the sodium concentration is between 0.1 and 20% of the petroleum oil concentration, by weight;

hacer reaccionar la mezcla de aceite-disolvente con sodio a una temperatura en el intervalo comprendido entre 240 y 350 °C y una presión en el intervalo comprendido entre 101 y 3.550 kPa (0 a 500 psig) durante 15 minutos a 4 horas, bajo mezclado, para obtener una mezcla resultante;react the oil-solvent mixture with sodium at a temperature in the range between 240 and 350 ° C and a pressure in the range between 101 and 3,550 kPa (0 to 500 psig) for 15 minutes to 4 hours, under mixing , to obtain a resulting mixture;

enfriar y asentar la mezcla resultante; ycool and settle the resulting mixture; Y

decantar la mezcla enfriada y filtrar la solución decantada de aceite de petróleo desulfurado.Decant the cooled mixture and filter the decanted solution of desulfurized petroleum oil.

Típicamente, de acuerdo con la presente exposición, el disolvente orgánico de hidrocarburo se selecciona de entre un grupo que consiste en n-hexano, ciclohexano, heptano, penteno, hexeno, hepteno, octeno, tolueno y xileno.Typically, in accordance with the present disclosure, the organic hydrocarbon solvent is selected from a group consisting of n-hexane, cyclohexane, heptane, pentene, hexene, heptene, octene, toluene and xylene.

Preferentemente, de acuerdo con la presente exposición, el proceso incluye la etapa de purgar el recipiente del reactor con gas hidrógeno a una presión en el intervalo comprendido entre 101 y 3.550 kPa (0 a 500 psig).Preferably, according to the present disclosure, the process includes the step of purging the reactor vessel with hydrogen gas at a pressure in the range between 101 and 3,550 kPa (0 to 500 psig).

Típicamente, de acuerdo con la presente exposición, el proceso incluye la etapa de separar el disolvente orgánico del aceite de petróleo desulfurado mediante destilación.Typically, according to the present disclosure, the process includes the step of separating the organic solvent from the desulfurized petroleum oil by distillation.

Preferentemente, de acuerdo con la presente exposición, el proceso incluye la etapa de mezclar sodio con la mezcla de aceite-disolvente en el recipiente del reactor usando un mezclado de alta cizalla por medio de un mezclador seleccionado de entre un mezclador en línea, un mezclador mecánico, un bucle de bombeo recirculante (del inglés, pump aroundloop) y un mezclador ultrasónico.Preferably, according to the present disclosure, the process includes the step of mixing sodium with the oil-solvent mixture in the reactor vessel using a high shear mixing by means of a mixer selected from an in-line mixer, a mixer mechanical, a recirculating pumping loop (pump aroundloop) and an ultrasonic mixer.

De acuerdo con la presente exposición, se proporciona un proceso para eliminar sodio metálico residual, incluyendo dicho proceso las etapas de: tratar el aceite de petróleo desulfurado con ácido carboxílico a entre el 0,1 y el 10 % en un disolvente orgánico, en volumen, a una temperatura en el intervalo comprendido entre 50 y 150 °C durante 30 minutos a 90 minutos bajo agitación vigorosa; y filtrar la mezcla resultante para obtener aceite de petróleo desulfurado que tiene un contenido de sodio de entre 10 y 50 ppm.In accordance with the present disclosure, a process is provided to remove residual metallic sodium, said process including the steps of: treating the desulfurized petroleum oil with carboxylic acid at between 0.1 and 10% in an organic solvent, by volume , at a temperature in the range between 50 and 150 ° C for 30 minutes to 90 minutes under vigorous stirring; and filter the resulting mixture to obtain desulfurized petroleum oil having a sodium content of between 10 and 50 ppm.

Típicamente, de acuerdo con la presente exposición, el ácido carboxílico se selecciona de entre ácido acético, ácido fórmico y ácido propiónico.Typically, in accordance with the present disclosure, the carboxylic acid is selected from acetic acid, formic acid and propionic acid.

Preferentemente, de acuerdo con la presente exposición, el disolvente orgánico del ácido carboxílico se selecciona de entre alcanos, alquenos, alquenos cíclicos, alquinos y alcohol. Más preferentemente, el disolvente orgánico del ácido carboxílico es xileno.Preferably, in accordance with the present disclosure, the organic carboxylic acid solvent is selected from alkanes, alkenes, cyclic alkenes, alkynes and alcohol. More preferably, the organic carboxylic acid solvent is xylene.

De acuerdo con la presente exposición, se proporciona un proceso para eliminar sodio metálico residual purgando el aceite de petróleo desulfurado con aire a una temperatura en el intervalo comprendido entre 30 y 150 °C.In accordance with the present disclosure, a process is provided to remove residual metallic sodium by purging the desulfurized petroleum oil with air at a temperature in the range between 30 and 150 ° C.

Descripción detallada de la exposiciónDetailed description of the exhibition

La presente exposición se refiere a un proceso para la desulfuración de aceite para fabricación de negro de carbón (CBFO). El aceite aportado (CBFo) tiene una alta viscosidad en condiciones ambientales. El proceso comprende diluir el aceite aportado con un disolvente orgánico adecuado, antes de la reacción de desulfuración. El disolvente orgánico se puede seleccionar de entre el grupo de disolventes de hidrocarburo que consiste en alcanos, alquenos, alquenos cíclicos y alquinos. De manera similar, para diluir el aceite aportado también se pueden usar otros aceites, tales como gasolina, queroseno, aceite crudo y similares. El disolvente orgánico se selecciona, particularmente, de entre el grupo que consiste en n-hexano, ciclohexano, heptano, penteno, hexeno, hepteno, octeno, tolueno y xileno, preferentemente el disolvente es xileno. La relación del disolvente orgánico con respecto al aceite de petróleo en la mezcla de aceite-disolvente está en el intervalo comprendido entre 50:50 y 20:80, sobre la base del peso en g de aceite de petróleo y el volumen en ml del disolvente orgánico de hidrocarburo en la mezcla.The present exhibition refers to a process for desulfurization of oil for the manufacture of carbon black (CBFO). The oil provided (CBFo) has a high viscosity in environmental conditions. The process comprises diluting the oil provided with a suitable organic solvent, before the desulfurization reaction. The organic solvent can be selected from the group of hydrocarbon solvents consisting of alkanes, alkenes, cyclic alkenes and alkynes. Similarly, to dilute the oil provided, other oils, such as gasoline, kerosene, crude oil and the like, can also be used. The organic solvent is selected, in particular, from the group consisting of n-hexane, cyclohexane, heptane, pentene, hexene, heptene, octene, toluene and xylene, preferably the solvent is xylene. The ratio of the organic solvent to the petroleum oil in the oil-solvent mixture is in the range between 50:50 and 20:80, based on the weight in g of petroleum oil and the volume in ml of the solvent Organic hydrocarbon in the mixture.

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La materia de aportación al proceso de la presente exposición es aceite para fabricación de negro de carbón que tiene un contenido de azufre en el intervalo comprendido entre el 0,1% y el 20%. El proceso de la presente exposición también se puede usar para aceites de petróleo con fracciones con puntos de ebullición diversos. Además, el proceso de la presente exposición se puede usar para desulfurar alquitrán de hulla, aceite de esquisto u otros compuestos orgánicos portadores de azufre. El disolvente orgánico se elimina después del proceso de desulfuración. El presente proceso da como resultado un flujo desulfurado (después de la eliminación de xileno) con una reducción sustancial de la viscosidad. La formación de lodo insoluble (material inutilizable) debido a reacciones de polimerización de las especies desulfuradas se reduce debido a una mejora en la viscosidad del aceite aportado. Además, la mejora en la viscosidad del aceite aportado potencia el procesado de los aceites aportados que se requieren en aplicaciones, tales como la fabricación de producto de negro de carbón.The material contributing to the process of the present exhibition is oil for the manufacture of carbon black that has a sulfur content in the range between 0.1% and 20%. The process of the present exposure can also be used for petroleum oils with fractions with various boiling points. In addition, the process of the present exposure can be used to desulfurize coal tar, shale oil or other sulfur-bearing organic compounds. The organic solvent is removed after the desulfurization process. The present process results in a desulfurized flow (after removal of xylene) with a substantial reduction in viscosity. The formation of insoluble sludge (unusable material) due to polymerization reactions of desulfurized species is reduced due to an improvement in the viscosity of the oil provided. In addition, the improvement in the viscosity of the contributed oil enhances the processing of the contributed oils that are required in applications, such as the manufacture of carbon black product.

El proceso da como resultado una mejora de la calidad del aceite aportado, por medio de la reducción del contenido de asfaltenos en el aceite aportado. Los asfaltenos se consideran como los componentes insolubles en n-heptano, solubles en tolueno, de un material carbonoso, tal como aceite crudo, betún o carbón. Los asfaltenos son especies heteroatómicas de alto peso molecular que, en general, se consideran perjudiciales para la calidad del producto de negro de carbón procesado.The process results in an improvement in the quality of the oil provided, by reducing the content of asphaltenes in the oil provided. Asphaltenes are considered as the insoluble components in n-heptane, soluble in toluene, of a carbonaceous material, such as crude oil, bitumen or coal. Asphaltenes are high molecular weight heteroatomic species that, in general, are considered detrimental to the quality of the processed carbon black product.

El proceso de la presente exposición se lleva a cabo en ausencia de hidrógeno a una presión en el intervalo comprendido entre 101 y 3.550 kPa (0 a 500 psig), esto da como resultado una mayor relación de C:H del aceite procesado, en comparación con procesos realizados en presencia de hidrógeno a alta presión. Esto resulta beneficioso para transformar la mayor parte del aceite procesado en negro de carbón, en la medida en la que el hidrógeno sale del proceso en forma de vapor de agua sin contribuir a la formación de producto. El proceso elimina humedad presente en el CBFO. En general, el CBFO contiene aproximadamente <1% de humedad. Se sabe que el Na metálico tiene fuerte afinidad con el agua y, por lo tanto, reacciona con humedad. El presente proceso usa sodio metálico en una concentración entre el 0,1 y el 20% de la concentración de aceite CBFO, en peso.The process of the present exposure is carried out in the absence of hydrogen at a pressure in the range between 101 and 3,550 kPa (0 to 500 psig), this results in a higher C: H ratio of the processed oil, in comparison with processes carried out in the presence of hydrogen at high pressure. This is beneficial for transforming most of the processed oil into carbon black, to the extent that hydrogen leaves the process in the form of water vapor without contributing to product formation. The process eliminates moisture present in the CBFO. In general, CBFO contains approximately <1% moisture. It is known that metallic Na has strong affinity with water and, therefore, reacts with moisture. The present process uses metallic sodium in a concentration between 0.1 and 20% of the CBFO oil concentration, by weight.

De este modo, la humedad presente en el CBFO se elimina completamente.In this way, the humidity present in the CBFO is completely eliminated.

En un aspecto de la presente exposición, el proceso se lleva a cabo en presencia de hidrógeno. El hidrógeno adicionado podría estar en el intervalo de 101 a 3.550 kPa (0 a 500 psig), preferentemente en el intervalo de 101 a 2.170 kPa (0 a 300 psig), y, más preferentemente, en el intervalo de 101 a 791 kPa (0 a 100 psig). Adicionalmente el hidrógeno puede no estar presente en forma de sistema cerrado, es decir, sin presión de hidrógeno o un sistema sin presión en general. De este modo, se podría adicionar en un flujo continuo o semicontinuo de gas hidrógeno.In one aspect of the present disclosure, the process is carried out in the presence of hydrogen. The hydrogen added could be in the range of 101 to 3,550 kPa (0 to 500 psig), preferably in the range of 101 to 2,170 kPa (0 to 300 psig), and, more preferably, in the range of 101 to 791 kPa ( 0 to 100 psig). Additionally, hydrogen may not be present in the form of a closed system, that is, without hydrogen pressure or a system without pressure in general. In this way, it could be added in a continuous or semi-continuous flow of hydrogen gas.

El proceso de desulfuración de la presente exposición proporciona sulfuro de sodio cristalino como subproducto. El subproducto así formado resulta más sencillo de separar y filtrar y, por tanto, da como resultado una mejor recuperación del aceite desulfurado así como una mejor eficiencia de separación y procesado del aceite desulfurado.The desulfurization process of the present disclosure provides crystalline sodium sulfide as a byproduct. The by-product thus formed is easier to separate and filter and, therefore, results in a better recovery of the desulfurized oil as well as a better separation and processing efficiency of the desulfurized oil.

Uno de los aspectos importantes de la presente exposición es que proporciona un proceso para reducir el tamaño del sodio dispersado - en forma de partículas sólidas o fundido como pequeñas gotas. Una dispersión más fina del sodio metálico hace que aumente la eficiencia del proceso de desulfuración. En el proceso convencional, el subproducto, sulfuro de sodio, tiende a cubrir la superficie de sodio metálico reduciendo así la eficiencia del proceso. Por lo tanto, se proporciona un mezclado, preferentemente un mezclado de alta cizalla, durante un espacio de tiempo en el intervalo de 15 minutos a 4 horas a una temperatura en el intervalo de 240 a 350 °C; el mezclado de alta cizalla provoca la rotura del sulfuro de sodio y proporciona, por tanto, nuevas superficies de sodio para potenciar la reacción. Puede usarse cualquier forma de mezclado, tal como un mezclador en línea, un bucle de flujo recirculante, un mezclador mecánico, o un mezclador ultrasónico, que proporcione la cantidad requerida de dispersión al sodio metálico.One of the important aspects of this exhibition is that it provides a process to reduce the size of dispersed sodium - in the form of solid or molten particles such as small droplets. A finer dispersion of metallic sodium increases the efficiency of the desulfurization process. In the conventional process, the by-product, sodium sulfide, tends to cover the surface of metallic sodium thus reducing the efficiency of the process. Therefore, mixing, preferably high shear mixing, is provided for a period of time in the range of 15 minutes to 4 hours at a temperature in the range of 240 to 350 ° C; high shear mixing causes sodium sulfide to break and therefore provides new sodium surfaces to enhance the reaction. Any form of mixing, such as an in-line mixer, a recirculating flow loop, a mechanical mixer, or an ultrasonic mixer, which provides the required amount of dispersion to the metallic sodium can be used.

En ausencia de hidrógeno, se produce una formación de lodo insoluble (material inutilizable) debido a las reacciones de polimerización entre las especies desulfuradas.In the absence of hydrogen, an insoluble sludge formation (unusable material) occurs due to polymerization reactions between desulfurized species.

Además, el CBFO puro tiene una viscosidad elevada de aproximadamente 1.500 MPa.s (1.500 cP) en condiciones ambientales. El proceso de la presente exposición da como resultado un flujo desulfurado (después de la eliminación de xileno/disolvente) que presenta una reducción sustancial de viscosidad al intervalo de 100 a 150 MPa.s (100 a 150 cP) en condiciones ambientales. De este modo, el efecto total es que el proceso de desulfuración se lleva a cabo en ausencia de hidrógeno, y da como resultado una menor pérdida de aceite aportado provocada por la formación de lodo insoluble así como una mejora en la viscosidad del aceite aportado, lo cual se espera adicionalmente que mejore las características del producto procesado de negro de carbón. Además, si el proceso se lleva a cabo en presencia de hidrógeno, se puede producir una reducción del contenido aromático de la aportación debido a la hidrogenación (relación reducida de C:H), dando como resultado un menor rendimiento del producto de negro de carbón. De este modo, si el proceso se lleva a cabo en ausencia deIn addition, pure CBFO has a high viscosity of approximately 1,500 MPa.s (1,500 cP) under ambient conditions. The process of the present exposure results in a desulfurized flow (after the removal of xylene / solvent) that presents a substantial reduction in viscosity in the range of 100 to 150 MPa.s (100 to 150 cP) under ambient conditions. In this way, the total effect is that the desulfurization process is carried out in the absence of hydrogen, and results in a lower loss of contributed oil caused by the formation of insoluble sludge as well as an improvement in the viscosity of the contributed oil, which is further expected to improve the characteristics of the processed carbon black product. In addition, if the process is carried out in the presence of hydrogen, a reduction in the aromatic content of the contribution due to hydrogenation (reduced C: H ratio) may occur, resulting in a lower yield of the carbon black product . Thus, if the process is carried out in the absence of

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hidrógeno, la relación de C:H de la aportación tratada se incrementaría, haciendo que aumentase, así, el rendimiento del producto de negro de carbón. Puede señalarse que el proceso de la presente exposición también se puede ampliar por medio de la ejecución de la desulfuración con Na y disolvente orgánico, junto con hidrógeno. Estos resultados con la presencia simultánea de disolvente orgánico e hidrógeno antes de la desulfuración también presentan beneficios en términos de calidad y rendimiento del producto, en donde el rendimiento del aceite aportado desulfurado es superior a entre el 15 y el 20 % por comparación a los procesos conocidos. Por lo tanto, el alcance de nuestro proceso se podría ampliar adicionalmente como proceso mejorado de desulfuración que conlleva un uso simultáneo de disolvente orgánico e hidrógeno, aunque en una combinación optimizada (o ausencia) de cada uno de los reactivos.hydrogen, the C: H ratio of the treated contribution would increase, thus increasing the yield of the carbon black product. It can be noted that the process of the present exposure can also be extended by means of the desulfurization with Na and organic solvent, together with hydrogen. These results with the simultaneous presence of organic solvent and hydrogen before desulfurization also have benefits in terms of product quality and performance, where the yield of the desulfurized oil is greater than between 15 and 20% compared to the processes. known. Therefore, the scope of our process could be further extended as an improved desulfurization process that involves a simultaneous use of organic solvent and hydrogen, although in an optimized combination (or absence) of each of the reagents.

Otro aspecto del proceso de la presente exposición es la formación de subproductos y el procesado después de la reacción de desulfuración. La desulfuración de aceite aportado, usando Na metálico, da como resultado la formación de Na2S como subproducto. No obstante, se pierde una gran cantidad de CBFO residual valioso en la medida en la que el mismo permanece asociado a este residuo de Na2S o a sodio que no ha reaccionado, en forma de un lodo altamente viscoso. La presencia de disolvente orgánico en el aceite aportado antes de la reacción de desulfuración, da como resultado la formación de un subproducto cristalino y puro. Este producto resulta más sencillo de separar y filtrar ya que se produce una pérdida de CBFO sustancialmente menor. Esto da como resultado una mejor recuperación del aceite desulfurado, así como una mejor eficiencia de separación y procesado tras la reacción de desulfuración.Another aspect of the process of the present exposure is by-product formation and processing after the desulfurization reaction. The desulfurization of oil provided, using metallic Na, results in the formation of Na2S as a byproduct. However, a large amount of valuable residual CBFO is lost to the extent that it remains associated with this Na2S residue or unreacted sodium, in the form of a highly viscous sludge. The presence of organic solvent in the oil provided before the desulfurization reaction results in the formation of a pure crystalline by-product. This product is easier to separate and filter since there is a substantially lower loss of CBFO. This results in a better recovery of the desulfurized oil, as well as a better separation and processing efficiency after the desulfurization reaction.

La presente exposición usa un aparato de mezclado de alta cizalla destinado a reducir el tamaño del sodio dispersado - en forma de partículas sólidas o fundido como pequeñas gotas. Esto proporciona una dispersión más fina del sodio metálico en el aceite aportado lo cual hace que aumente la eficiencia de desulfuración del proceso. En segundo lugar, durante el proceso de desulfuración, el subproducto formado tiende a cubrir la superficie del sodio metálico, reduciendo así la eficiencia. El mezclado de alta cizalla ayuda a romper estas superficies y a aportar nuevas superficies de sodio para potenciar la reacción. Puede usarse cualquier forma de mezclado, tal como un mezclador en línea, un bucle de flujo recirculante, un mezclador mecánico, o un mezclador ultrasónico, que proporcione la cantidad requerida de dispersión al sodio metálico.The present disclosure uses a high shear mixing apparatus intended to reduce the size of dispersed sodium - in the form of solid or molten particles as small droplets. This provides a finer dispersion of the metallic sodium in the oil provided which increases the desulfurization efficiency of the process. Secondly, during the desulfurization process, the formed by-product tends to cover the surface of metallic sodium, thus reducing efficiency. High shear mixing helps break these surfaces and provide new sodium surfaces to boost the reaction. Any form of mixing, such as an in-line mixer, a recirculating flow loop, a mechanical mixer, or an ultrasonic mixer, which provides the required amount of dispersion to the metallic sodium can be used.

El aceite para fabricación de negro de carbón es altamente viscoso, con una viscosidad superior a 1.500 mPa.s (1.500 cP) en condiciones ambientales. La adición de disolvente orgánico antes de la desulfuración reduce su viscosidad en un nivel sustancial (inferior a 50 mPa.s (50 cP) en condiciones ambientales, en función de la cantidad de disolvente adicionado), consiguiendo que su transferencia y manipulación sea más sencilla, así como facilitando un mejor mezclado y contacto con otros reactivos. Aparte de la viscosidad, la densidad del CBFO es también alta, típicamente entre 1,01 y 1,08 g/cm3. La densidad del sodio sólido a 30 °C es aproximadamente 0,96 g/cm3 y la correspondiente del sodio fundido es aproximadamente 0,927 g/cm3. Por tanto, existe una tendencia a que el sodio permanezca flotando en la parte superior de la superficie del CBFO. De este modo, para ejecutar la reacción, hay que garantizar que el sodio permanece bien sumergido en el líquido, principalmente por medio de un mecanismo de agitación continua. Esto puede derivar en problemas de seguridad importantes en caso de que la agitación falle o cada vez que falle la reacción. El resultado será que todo el sodio (debido a la baja densidad) subirá hasta la parte superior de la aportación y puede entrar en contacto con la humedad atmosférica. La adición de una cantidad adecuada de disolvente orgánico (por ejemplo, xileno, con una densidad de aproximadamente 0,86 g/cm3), hace que la densidad del CBFO se reduzca a menos que la correspondiente del sodio y garantiza que todo el sodio permanezca bien sumergido en la aportación líquida en todo el momento.The carbon black manufacturing oil is highly viscous, with a viscosity greater than 1,500 mPa.s (1,500 cP) under ambient conditions. The addition of organic solvent before desulfurization reduces its viscosity by a substantial level (less than 50 mPa.s (50 cP) under ambient conditions, depending on the amount of solvent added), making its transfer and handling easier. , as well as facilitating better mixing and contact with other reagents. Apart from viscosity, the density of CBFO is also high, typically between 1.01 and 1.08 g / cm3. The density of solid sodium at 30 ° C is approximately 0.96 g / cm 3 and the corresponding molten sodium is approximately 0.927 g / cm 3. Therefore, there is a tendency for sodium to remain floating on top of the CBFO surface. Thus, to carry out the reaction, it is necessary to ensure that sodium remains well submerged in the liquid, mainly by means of a continuous stirring mechanism. This can lead to significant safety problems in case the agitation fails or every time the reaction fails. The result will be that all sodium (due to low density) will rise to the top of the contribution and may come into contact with atmospheric humidity. The addition of an adequate amount of organic solvent (for example, xylene, with a density of approximately 0.86 g / cm3), causes the density of the CBFO to be reduced to less than that corresponding to sodium and ensures that all sodium remains well submerged in the liquid contribution at all times.

Se da a conocer también un proceso para la eliminación de sodio metálico residual del aceite desulfurado. Durante el proceso de desulfuración, el sodio metálico se dispersa finamente en el aceite. Después de que se complete el proceso de desulfuración, parte del sodio metálico permanece invariablemente en el sistema o bien en forma de una suspensión o bien unido a la cadena molecular en el aceite. La separación o eliminación de este sodio del sistema oleoso resulta notablemente difícil por medio de procesos mecánicos puros. La presencia de este sodio residual incluso en cantidades a nivel de trazas tiene serias implicaciones sobre la calidad total del producto para la industria del negro de carbón. El proceso de la presente exposición usa ácido acético en la mezcla de disolvente orgánico. La función del ácido acético es la de captar el sodio metálico, y el disolvente orgánico promueve un mejor mezclado entre la materia prima de aceite y el ácido acético. Alternativamente, aparte de ácido acético, pueden usarse varios ácidos carboxílicos, tales como ácido fórmico, ácido propanoico y mezclas de los mismos. Adicionalmente, para captar el sodio también se pueden usar etanol y alcoholes de ese tipo. Todavía adicionalmente, la eliminación del sodio residual se logró también purgando el aceite con aire a temperaturas elevadas entre 30 y 150 °C. Dicho tratamiento no se limita a aire solo, y abarcaría otros agentes gaseosos, tales como oxígeno, ozono, etcétera.A process for the removal of residual metallic sodium from the desulfurized oil is also disclosed. During the desulfurization process, metallic sodium disperses finely in the oil. After the desulfurization process is completed, part of the metallic sodium invariably remains in the system either in the form of a suspension or attached to the molecular chain in the oil. The separation or elimination of this sodium from the oil system is remarkably difficult by means of pure mechanical processes. The presence of this residual sodium even in trace amounts has serious implications on the total product quality for the carbon black industry. The process of the present exposure uses acetic acid in the organic solvent mixture. The function of acetic acid is to capture metallic sodium, and the organic solvent promotes a better mixing between the oil raw material and acetic acid. Alternatively, apart from acetic acid, various carboxylic acids, such as formic acid, propanoic acid and mixtures thereof can be used. Additionally, ethanol and alcohols of that type can also be used to capture sodium. Still further, the removal of residual sodium was also achieved by purging the oil with air at elevated temperatures between 30 and 150 ° C. Such treatment is not limited to air alone, and would encompass other gaseous agents, such as oxygen, ozone, and so on.

A continuación se describirá la exposición en referencia a los siguientes ejemplos los cuales no limitan el alcance ni el ámbito de la misma. La descripción aportada se realiza únicamente a título ilustrativo.The exposure will now be described in reference to the following examples which do not limit the scope or scope thereof. The description provided is made for illustrative purposes only.

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Ejemplo 1Example 1

Los experimentos se llevaron a cabo sobre mezclas de CBFO y xileno de proporción variable, para evaluar el efecto de la cantidad de xileno sobre el rendimiento del CBFO. La totalidad de los tres ejemplos siguientes (enumerados en la TABLA 1) se ejecutó en presencia de atmósfera de hidrógeno. En el ejemplo 1, 150 g de CBFO se mezclaron con 150 ml de xileno. Esto dio como resultado la mezcla en forma de CBFS : Xileno = 50 : 50 (basado en peso : volumen). La solución se mezcló minuciosamente y, a continuación, se transfirió a un reactor de alta presión. Se pesaron por separado 9 g de sodio metálico. A continuación, el sodio metálico se cortó en trozos pequeños de 0,5 a 1,0 cm y se adicionó a la solución de CBFS/xileno en el reactor. El recipiente del reactor en primer lugar se purgó con nitrógeno para eliminar el aire, y, a continuación, el recipiente se purgó con gas hidrógeno. A continuación, el reactor se presurizó hasta 2.170 kPa (300 psig) con hidrógeno. Posteriormente, el reactor se calentó a una temperatura de 290 °C. La reacción se llevó a cabo a esta temperatura durante un periodo de 4 h. La solución completa se dejó enfriar a temperatura ambiente y, a continuación, el CBFO se decantó. La solución decantada se filtró y se analizó en relación con el contenido de azufre por XRF (Espectroscopia por Fluorescencia de Rayos X). De manera similar, el proceso de desulfuración se llevó a cabo para otras relaciones variables de CBFO : Xileno, concretamente, 70:30, 80:20 (tal como se muestra en los ejemplos 2 y 3 de la TABLA 1). Los resultados con respecto a estas diferentes composiciones se tabulan en la TABLA 1. El contenido usado de CBFO, xileno y sodio también se tabula a continuación, junto con la eficiencia de desulfuración para cada una de las diferentes relaciones de CBFS:Xileno.The experiments were carried out on mixtures of CBFO and xylene of varying proportion, to evaluate the effect of the amount of xylene on the performance of the CBFO. All of the following three examples (listed in TABLE 1) were executed in the presence of hydrogen atmosphere. In example 1, 150 g of CBFO were mixed with 150 ml of xylene. This resulted in the mixture in the form of CBFS: Xylene = 50: 50 (based on weight: volume). The solution was thoroughly mixed and then transferred to a high pressure reactor. 9 g of metallic sodium were weighed separately. Then, the metallic sodium was cut into small pieces of 0.5 to 1.0 cm and added to the CBFS / xylene solution in the reactor. The reactor vessel was first purged with nitrogen to remove air, and then the vessel was purged with hydrogen gas. The reactor was then pressurized to 2,170 kPa (300 psig) with hydrogen. Subsequently, the reactor was heated to a temperature of 290 ° C. The reaction was carried out at this temperature for a period of 4 h. The complete solution was allowed to cool to room temperature and then the CBFO was decanted. The decanted solution was filtered and analyzed in relation to the sulfur content by XRF (X-ray Fluorescence Spectroscopy). Similarly, the desulfurization process was carried out for other variable CBFO ratios: Xylene, specifically, 70:30, 80:20 (as shown in examples 2 and 3 of TABLE 1). The results with respect to these different compositions are tabulated in TABLE 1. The content used of CBFO, xylene and sodium is also tabulated below, together with the desulfurization efficiency for each of the different CBFS ratios: Xylene.

TABLA 1TABLE 1

Ej.  Ex.
Cantidad de CBFO (g) Cantidad de Xileno (ml) Relación de CBFS:Xileno (g:ml) Cantidad de Na (g) Temp. (°C) Tiempo (h) Desul. (%) Presión Inicial kPa (psig)  Amount of CBFO (g) Amount of Xylene (ml) Ratio of CBFS: Xylene (g: ml) Amount of Na (g) Temp. (° C) Time (h) Desul. (%) Initial Pressure kPa (psig)

1.  one.
150 150 50:50 9,0 290 4 86 2.170 (300)  150 150 50:50 9.0 290 4 86 2,170 (300)

2.  2.
210 90 70:30 13,5 290 4 70 2.170 (300)  210 90 70:30 13.5 290 4 70 2,170 (300)

3.  3.
240 60 80:20 15,5 290 4 75 2.170 (300)  240 60 80:20 15.5 290 4 75 2,170 (300)

Se observó que, en todos los casos, se obtuvo una desulfuración de más del 70%.It was observed that, in all cases, a desulfurization of more than 70% was obtained.

ViscosidadViscosity

La muestra del ejemplo 2, después de la desulfuración y la destilación de xileno, se analizó en relación con la viscosidad en función de la temperatura. La muestra inicialmente se calentó a aproximadamente 175 °C y las mediciones de viscosidad se anotaron a diferentes temperaturas a medida que la muestra se enfriaba. De manera similar, se anotaron mediciones para una segunda muestra de GBFO no tratado o bruto. Los resultados se tabulan en la TABLA 2.The sample of Example 2, after desulphurization and distillation of xylene, was analyzed in relation to viscosity as a function of temperature. The sample was initially heated to approximately 175 ° C and viscosity measurements were recorded at different temperatures as the sample cooled. Similarly, measurements were recorded for a second sample of untreated or crude GBFO. The results are tabulated in TABLE 2.

TABLA 2TABLE 2

n.° de serie  serial number
Temp CBFO-No tratado CBOF-Tratado  CBFO-Treated CBOF-Treated Temp

mPa.s (cP)  mPa.s (cP)
mPa.s (cP)  mPa.s (cP)

1.  one.
150°C 20 14  150 ° C 20 14

2.  2.
100°C 53 23  100 ° C 53 23

3.  3.
50°C 280 70  50 ° C 280 70

4.  Four.
35°C 2.800 120  35 ° C 2,800 120

De este modo, se observó que se obtuvo una reducción sustancial en la viscosidad de la muestra desulfurada especialmente en el intervalo de temperaturas más bajas inferiores a 50 °C. Las ventajas básicas de la reducción de la viscosidad podrían incluir un procesado más sencillo del aceite, y con ello una reducción en el coste energético así como una mejora en la calidad del producto de negro de carbón debido a la formación de gotitas más finas durante el proceso de nebulización.Thus, it was observed that a substantial reduction in the viscosity of the desulfurized sample was obtained especially in the lower temperature range below 50 ° C. The basic advantages of viscosity reduction could include easier oil processing, and thus a reduction in energy cost as well as an improvement in the quality of the carbon black product due to the formation of finer droplets during the fogging process.

Contenido de asfáltenosAsphalt Content

Las muestras se sometieron adicionalmente a ensayo en relación con el contenido de asfaltenos del aceite. Se observa que los asfaltenos son perjudiciales para la calidad del negro de carbón así como para los procesos de fabricación durante la formación de negro de carbón. De este modo, el contenido de asfaltenos para aceite tratado y aceite no tratado se obtuvo determinando el contenido insoluble en n-heptano en los dos aceites. Se observó que el contenido de asfaltenos del aceite no tratado fue del 10,59 %. No obstante, el contenido de asfaltenos del aceite tratado se redujo sustancialmente al 4,65 %. Esto indicó que nuestro proceso tiene la capacidad de reducir el contenido de asfaltenos en más del 50 %.The samples were further tested in relation to the asphaltene content of the oil. Asphaltenes are observed to be detrimental to the quality of carbon black as well as to manufacturing processes during the formation of carbon black. Thus, the asphaltene content for treated oil and untreated oil was obtained by determining the insoluble content of n-heptane in the two oils. It was observed that the asphaltene content of the untreated oil was 10.59%. However, the asphaltene content of the treated oil was substantially reduced to 4.65%. This indicated that our process has the ability to reduce the content of asphaltenes by more than 50%.

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Ejemplo 2Example 2

Se llevaron a cabo experimentos sucesivos para optimizar los parámetros de tiempo, temperatura y presión para el proceso de desulfuración. Se decidió que estos estudios se realizarían sobre la relación de CBFO : Xileno de 70 : 30. Estos estudios de optimización se describen en los ejemplos 4 a 11 enumerados en la TABLA 3.Successive experiments were carried out to optimize the time, temperature and pressure parameters for the desulfurization process. It was decided that these studies would be carried out on the CBFO: Xylene ratio of 70: 30. These optimization studies are described in examples 4 to 11 listed in TABLE 3.

La siguiente TABLA 3 describe el efecto de la temperatura sobre la eficiencia de la desulfuración. De este modo, en cada uno de los casos la relación de CBFO : Xileno se mantiene constante a 70 : 30. El lote contenía 210 g de CBFO y 90 ml de xileno. En cada una de las muestras se adicionaron 13,5 g de sodio metálico. Todos los reactivos se metieron en el recipiente del reactor de alta presión y a continuación se presurizaron con hidrógeno (aproximadamente 2.170 kPa (300 psig)). Las reacciones se llevaron a cabo a una temperatura de 290 °C con diferentes intervalos de tiempo de residencia de 3 h, 1 h, 45 min, 30 min y 10 min para los ejemplos 4 a 8, respectivamente. A continuación, el reactor se enfrió, y el CBFO se decantó y se analizó, para cada uno de los casos, por XRF. Estos resultados de desulfuración se tabulan en la TABLA 3. Se observó que la eficiencia de desulfuración permanece prácticamente igual para los espacios de tiempo de residencia de 3 h, 1 h, y 45 min respectivamente, con una eficiencia de desulfuración global del 70 %. No obstante, la eficiencia de desulfuración se reduce drásticamente al 59 y el 50 % para un tiempo de residencia reducido de 30 min y 10 min, respectivamente.The following TABLE 3 describes the effect of temperature on desulfurization efficiency. Thus, in each case the ratio of CBFO: Xylene is kept constant at 70: 30. The lot contained 210 g of CBFO and 90 ml of xylene. In each of the samples, 13.5 g of metallic sodium were added. All reagents were placed in the high pressure reactor vessel and then pressurized with hydrogen (approximately 2,170 kPa (300 psig)). The reactions were carried out at a temperature of 290 ° C with different residence time intervals of 3 h, 1 h, 45 min, 30 min and 10 min for examples 4 to 8, respectively. Then, the reactor was cooled, and the CBFO was decanted and analyzed, for each case, by XRF. These desulfurization results are tabulated in TABLE 3. It was observed that the desulfurization efficiency remains practically the same for the residence time spaces of 3 h, 1 h, and 45 min respectively, with an overall desulfurization efficiency of 70%. However, desulfurization efficiency is drastically reduced to 59 and 50% for a reduced residence time of 30 min and 10 min, respectively.

Tabla 3Table 3

Ej.  Ex.
Concentración (CBFO:Xileno) peso vs vol. Cantidad de Na (g) Tiempo Temperatura Presión de Hidrógeno % desulfuración  Concentration (CBFO: Xylene) weight vs vol. Amount of Na (g) Time Temperature Hydrogen Pressure% desulfurization

4.  Four.
70:30 13,5 3 h 290°C 2.710 kPa (300 psig) 70  70:30 13.5 3 h 290 ° C 2,710 kPa (300 psig) 70

5.  5.
70:30 13,5 1 h 290°C 2.710 kPa (300 psig) 70  70:30 13.5 1 h 290 ° C 2,710 kPa (300 psig) 70

6.  6.
70:30 13,5 45 min 290°C 2.710 kPa (300 psig) 68  70:30 13.5 45 min 290 ° C 2,710 kPa (300 psig) 68

7.  7.
70:30 13,5 30 min 290°C 2.710 kPa (300 psig) 59  70:30 13.5 30 min 290 ° C 2,710 kPa (300 psig) 59

8.  8.
70:30 13,5 10 min 290°C 2.710 kPa (300 psig) 50  70:30 13.5 10 min 290 ° C 2,710 kPa (300 psig) 50

9.  9.
70:30 13,5 1 h 290°C 2.710 kPa (300 psig) 10  70:30 13.5 1 h 290 ° C 2,710 kPa (300 psig) 10

10.  10.
70:30 13,5 1 h 290°C 3.550 kPa (500 psig) 70  70:30 13.5 1 h 290 ° C 3,550 kPa (500 psig) 70

11.  eleven.
70:30 13,5 1 h 290°C 791 kPa (100 psig) 62  70:30 13.5 1 h 290 ° C 791 kPa (100 psig) 62

Además, la desulfuración se llevó a cabo a una temperatura reducida de 240 °C, para entender el efecto de la temperatura sobre la eficiencia de desulfuración. De este modo, en el ejemplo 9, en el reactor de alta presión se introdujeron cantidades adecuadas de mezcla de CBFO : Xileno (70:30). Se adicionaron 13,5 g de Na metálico y el reactor se presurizó con hidrógeno a una presión de aproximadamente 2.170 kPa (300 psig). A continuación, el reactor se calentó a una temperatura de 240 °C con un tiempo de residencia de 1 h. El reactor de enfrió y el CBFO se decantó y se analizó en relación con el contenido de azufre. En este caso se obtuvo una eficiencia de desulfuración del 10 % lo cual sugería que la temperatura mínima a la que se podía llevar a cabo una desulfuración efectiva era 240°C.In addition, desulfurization was carried out at a reduced temperature of 240 ° C, to understand the effect of temperature on desulfurization efficiency. Thus, in example 9, suitable amounts of CBFO mixture: Xylene (70:30) were introduced into the high pressure reactor. 13.5 g of metallic Na were added and the reactor was pressurized with hydrogen at a pressure of approximately 2,170 kPa (300 psig). The reactor was then heated to a temperature of 240 ° C with a residence time of 1 h. The reactor was cooled and the CBFO was decanted and analyzed in relation to the sulfur content. In this case a desulfurization efficiency of 10% was obtained which suggested that the minimum temperature at which an effective desulfurization could be carried out was 240 ° C.

Estos estudios se ampliaron adicionalmente para entender el efecto de la presión parcial de hidrógeno sobre la eficiencia de la desulfuración.These studies were further expanded to understand the effect of hydrogen partial pressure on desulfurization efficiency.

En los ejemplos 10 y 11 se mantuvieron presiones diferentes de hidrógeno de 3.550 kPa (500 psig) y 791 kPa (100 psig). La temperatura se elevó a 290 °C con un tiempo de residencia de aproximadamente 1 h. El reactor se enfrió y las muestras se decantaron y analizaron en relación con el contenido de azufre. Se observó que se produjo solamente una mejora marginal en la eficiencia global de desulfuración con presiones parciales altas de hidrógeno.In examples 10 and 11 different pressures of hydrogen of 3,550 kPa (500 psig) and 791 kPa (100 psig) were maintained. The temperature rose to 290 ° C with a residence time of approximately 1 h. The reactor was cooled and the samples were decanted and analyzed in relation to the sulfur content. It was observed that there was only a marginal improvement in overall desulfurization efficiency with high partial pressures of hydrogen.

De este modo, se observó que la temperatura mínima requerida para la reacción de desulfuración fue de aproximadamente 250 °C. Además, se halló que, para que se produjese una desulfuración óptima, era suficiente con un tiempo de residencia de 1 h. Se observó también que el tiempo de residencia se podía reducir adicionalmente incrementando el contenido de sodio por encima del valor estequiométrico o también por medio del aumento de la temperatura de reacción a por encima de 300°C. No se observó que el efecto de la presión parcial de hidrógeno afectase significativamente a la eficiencia de desulfuración.Thus, it was observed that the minimum temperature required for the desulfurization reaction was approximately 250 ° C. In addition, it was found that, for optimal desulfurization, a residence time of 1 h was sufficient. It was also observed that the residence time could be reduced further by increasing the sodium content above the stoichiometric value or also by increasing the reaction temperature to above 300 ° C. It was not observed that the effect of hydrogen partial pressure significantly affected desulfurization efficiency.

Ejemplo 3Example 3

Se llevaron a cabo experimentos de desulfuración en presencia y ausencia de hidrógeno y xileno. Se observó que la presencia de xileno tiene un impacto significativo sobre el procesado así como sobre la formación de subproductos. De manera similar, era importante entender el efecto del hidrógeno sobre el proceso de desulfuración total. De este modo, con el fin de estudiar el efecto del hidrógeno y el xileno individualmente y también en combinación, se investigaron los siguientes esquemas: ejemplo 12 - desulfuración en presencia deDesulfurization experiments were carried out in the presence and absence of hydrogen and xylene. It was observed that the presence of xylene has a significant impact on the processing as well as the formation of by-products. Similarly, it was important to understand the effect of hydrogen on the total desulfurization process. Thus, in order to study the effect of hydrogen and xylene individually and also in combination, the following schemes were investigated: example 12 - desulfurization in the presence of

55

1010

15fifteen

20twenty

2525

3030

3535

4040

45Four. Five

50fifty

5555

6060

xileno y en ausencia de H2; ejemplo 13 - desulfuración en presencia de xileno y en presencia de H2; ejemplo 14 - desulfuración en ausencia de xileno y en ausencia de H2.xylene and in the absence of H2; example 13 - desulfurization in the presence of xylene and in the presence of H2; Example 14 - desulfurization in the absence of xylene and in the absence of H2.

En el caso del ejemplo 12, 210 g de CBFO y 90 ml de xileno se introdujeron en el reactor de alta presión. No se adicionó hidrógeno al reactor. Para el ejemplo 13, 210 g de CBFO y 90 ml de xileno se introdujeron en el reactor de alta presión, y aproximadamente 2.170 kPa (300 psig) de hidrógeno se adicionaron al reactor. Para el ejemplo 14, se tomaron 210 g de CBFO y no se adicionó ni xileno e hidrógeno. En la totalidad de los ejemplos 12 a 14, se adicionó una cantidad estequiométrica de sodio metálico. La temperatura de la reacción se mantuvo a 290 °C durante un tiempo de residencia de 1 h. De este modo, después de la reacción, las muestras se enfriaron y decantaron para cada uno de los casos. Todos los esquemas dieron como resultado CBFO libre y lodo (Na2S + CBFO) en proporciones variables. El CBFO decantado se pesó; los rendimientos se aportan en la TABLA 4.In the case of example 12, 210 g of CBFO and 90 ml of xylene were introduced into the high pressure reactor. No hydrogen was added to the reactor. For example 13, 210 g of CBFO and 90 ml of xylene were introduced into the high pressure reactor, and approximately 2,170 kPa (300 psig) of hydrogen was added to the reactor. For example 14, 210 g of CBFO were taken and neither xylene and hydrogen was added. In all of examples 12 to 14, a stoichiometric amount of metallic sodium was added. The reaction temperature was maintained at 290 ° C for a residence time of 1 h. Thus, after the reaction, the samples were cooled and decanted for each case. All schemes resulted in free CBFO and sludge (Na2S + CBFO) in varying proportions. The decanted CBFO was weighed; yields are provided in TABLE 4.

Tabla 4Table 4

Ej.  Ex.
Composición Rendimiento de CBFO desulfurado (%)  Composition Performance of desulfurized CBFO (%)

12.  12.
Sin H2 + Xileno 72  Without H2 + Xylene 72

13.  13.
H2 + Xileno 78  H2 + Xylene 78

14.  14.
Sin H2 + Sin Xileno 54  Without H2 + Without Xylene 54

Se observó que cuando se usaba xileno el rendimiento de CBFO era mayor en comparación con cuando no se adicionaba xileno. Además, para reducir el contenido de sodio del aceite desulfurado, se preparó una mezcla al 5% de ácido acético en xileno. La solución de ácido acético se adicionó al aceite tratado o desulfurado. A continuación, la mezcla se calentó a 100°C durante 1 h bajo agitación vigorosa. La mezcla a continuación se dejó a enfriar y se filtró. El tratamiento dio como resultado una reducción significativa del contenido de sodio desde 2.000 ppm a < 50 ppm. Alternativamente, el tratamiento de aceite desulfurado también se puede lograr purgando el aceite con aire bajo temperaturas elevadas. Para ello, 100 ml de CBFO desulfurado se introdujeron en un tubo de vidrio para tratamiento con aire y, en este tubo, se purgó continuamente aire comprimido durante un periodo de 30 minutos. Este aire reacciona con el exceso de Na presente en el aceite para formar una masa precipitada que se puede filtrar. Se observó que este tratamiento dio como resultado una reducción del contenido de Na en aproximadamente un 50 % (de 2.000 ppm a 900 ppm). Además, para optimizar el tratamiento, se llevó a cabo la misma reacción a una temperatura elevada a 50°C. Se halló que el tratamiento daba como resultado una reducción significativa del contenido de Na en aproximadamente un 96% (de 2.200 ppm a 90 ppm).It was observed that when xylene was used the yield of CBFO was higher compared to when no xylene was added. In addition, to reduce the sodium content of the desulfurized oil, a 5% mixture of acetic acid in xylene was prepared. The acetic acid solution was added to the treated or desulfurized oil. Then, the mixture was heated at 100 ° C for 1 h under vigorous stirring. The mixture was then allowed to cool and filtered. The treatment resulted in a significant reduction of sodium content from 2,000 ppm to <50 ppm. Alternatively, the desulfurized oil treatment can also be achieved by purging the oil with air under elevated temperatures. To do this, 100 ml of desulfurized CBFO was introduced into a glass tube for air treatment and, in this tube, compressed air was continuously purged for a period of 30 minutes. This air reacts with the excess Na present in the oil to form a precipitated mass that can be filtered. It was observed that this treatment resulted in a reduction of the Na content by approximately 50% (from 2,000 ppm to 900 ppm). In addition, to optimize the treatment, the same reaction was carried out at an elevated temperature at 50 ° C. The treatment was found to result in a significant reduction of the Na content by approximately 96% (from 2,200 ppm to 90 ppm).

Se llevaron a cabo experimentos para comprobar el efecto de un mezclado con una fuerte cizalla en que se mezclaron muestras con un mezclado de baja agitación (200 a 300 rpm) con un agitador que tenía palas de bordes romos (realizadas con Teflón/plástico), y se mezclaron muestras con velocidades superiores de agitación (700 a 800 rpm) mezclando en un reactor par con palas metálicas con bordes relativamente afilados. Se observó que se obtenía una desulfuración mayor cuando el agitador tenía la capacidad de romper las partículas de Na2S que se forman y de aportar nuevas superficies de Na metálico en contacto con el CBFO para lograr una reacción adicional.Experiments were carried out to verify the effect of mixing with a strong shear in which samples were mixed with low agitation mixing (200 to 300 rpm) with an agitator that had blunt-edge blades (made with Teflon / plastic), and samples with higher stirring speeds (700 to 800 rpm) were mixed by mixing in an even reactor with metal blades with relatively sharp edges. It was observed that greater desulfurization was obtained when the agitator had the ability to break up the Na2S particles that are formed and to provide new surfaces of metallic Na in contact with the CBFO to achieve an additional reaction.

Ventajas técnicasTechnical advantages

Un proceso para la desulfuración de aceite para fabricación de negro de carbón, según se describe en la presente exposición, tiene varias ventajas técnicas que incluyen, aunque sin carácter limitativo, la materialización de: el proceso no requiere hidrógeno; el proceso no requiere condiciones de alta presión; el proceso reduce la pérdida de aceite aportado; el proceso proporciona una reducción en el contenido de asfaltenos del aceite de petróleo en >50%; el proceso mejora la viscosidad del aceite desulfurado a < 200 mPa.s (cP); el proceso reduce el contenido de sodio residual a < 10 ppm; el proceso mejora las condiciones de procesado y de manipulación del CBFO; el proceso proporciona una filtración y una separación sencillas del aceite desulfurado y de subproductos del mismo; y el proceso es seguro en la medida en la que disminuye la densidad del aceite en comparación con el sodio metálico.A process for the desulfurization of oil for the manufacture of carbon black, as described in the present exhibition, has several technical advantages that include, but are not limited to, the materialization of: the process does not require hydrogen; the process does not require high pressure conditions; the process reduces the loss of oil provided; the process provides a reduction in the asphaltene content of petroleum oil by> 50%; the process improves the viscosity of the desulfurized oil to <200 mPa.s (cP); the process reduces the residual sodium content to <10 ppm; the process improves the processing and handling conditions of the CBFO; the process provides simple filtration and separation of the desulfurized oil and its by-products; and the process is safe as oil density decreases compared to metallic sodium.

En toda esta memoria descriptiva se entenderá que el vocablo “comprender”, o variantes, tales como “comprende” o “comprendiendo”, implica la inclusión de un elemento, entero o etapa, o grupo de elementos, enteros o etapas mencionados, pero no la exclusión de ningún otro elemento, entero o etapa, o grupo de elementos enteros o etapas.Throughout this specification it will be understood that the word "understand", or variants, such as "comprises" or "comprising", implies the inclusion of an element, integer or stage, or group of elements, integers or stages mentioned, but not the exclusion of any other element, integer or stage, or group of integer elements or stages.

El uso de la expresión “por lo menos” o “por lo menos un” sugiere el uso de uno o más elementos o ingredientes o cantidades, en la medida en la que el uso, en la forma de realización de la invención, puede estar destinado a lograr uno o más de los objetivos o resultados deseados.The use of the expression "at least" or "at least one" suggests the use of one or more elements or ingredients or quantities, to the extent that the use, in the embodiment of the invention, may be intended to achieve one or more of the desired objectives or results.

Cualquier descripción de documentos, acciones, materiales, dispositivos, artículos o similares que se haya incluido en esta memoria descriptiva tiene la mera finalidad de proporcionar un contexto para la invención. No debe considerarse como una admisión de que alguna o la totalidad de estas materias forma parte de la técnicaAny description of documents, actions, materials, devices, articles or the like that has been included in this specification is merely intended to provide a context for the invention. It should not be considered as an admission that some or all of these subjects are part of the technique

anterior básica o constituía conocimiento general común en el campo pertinente para la invención porque existía en cualquier lugar antes de la fecha de prioridad de esta solicitud.above basic or constituted common general knowledge in the field relevant to the invention because it existed anywhere before the priority date of this application.

Los valores numéricos mencionados para las diversas cantidades, dimensiones o parámetros físicos son 5 únicamente aproximaciones, y se prevé que los valores superiores/inferiores a los valores numéricos asignados a los parámetros, dimensiones o cantidades se sitúen dentro del alcance de la exposición, a no ser que, en la memoria descriptiva, aparezca una mención específica de lo contrario. Siempre que se especifique un intervalo de valores, en el alcance de la exposición se incluye un valor de hasta un 10% por debajo y por encima, respectivamente, del valor numérico más bajo y más alto del intervalo especificado.The numerical values mentioned for the various quantities, dimensions or physical parameters are only 5 approximations, and it is expected that the values above / below the numerical values assigned to the parameters, dimensions or quantities are within the scope of the exposure, not be that, in the specification, a specific mention of the opposite appears. Whenever a range of values is specified, a value of up to 10% below and above, respectively, the lowest and highest numerical value of the specified range is included in the exposure range.

1010

Claims (10)

55 1010 15fifteen 20twenty 2525 3030 3535 4040 45Four. Five 50fifty 5555 REIVINDICACIONES 1. Proceso para la desulfuración de aceites de petróleo, comprendiendo dicho proceso las etapas siguientes:1. Process for the desulfurization of petroleum oils, said process comprising the following steps: diluir aceite de petróleo con un disolvente orgánico de hidrocarburo seleccionado de entre el grupo que consiste en alcanos, alquenos, alquenos cíclicos y alquinos, para obtener una mezcla de aceite-disolvente, estando la relación del disolvente orgánico con respecto al aceite de petróleo en la mezcla de aceite- disolvente en el intervalo comprendido entre 50:50 y 20:80, sobre la base del peso en g de aceite de petróleo y el volumen en ml del disolvente orgánico de hidrocarburo en la mezcla;dilute petroleum oil with an organic hydrocarbon solvent selected from the group consisting of alkanes, alkenes, cyclic alkynes and alkynes, to obtain an oil-solvent mixture, the ratio of the organic solvent to the petroleum oil in the oil-solvent mixture in the range between 50:50 and 20:80, based on the weight in g of petroleum oil and the volume in ml of the organic hydrocarbon solvent in the mixture; transferir la mezcla de aceite-disolvente a un recipiente de reactor;transfer the oil-solvent mixture to a reactor vessel; adicionar sodio metálico sólido a la mezcla de aceite-disolvente en el recipiente del reactor, estando la concentración de sodio comprendida entre el 0,1 y el 20% de la concentración de aceite de petróleo, en peso;adding solid metallic sodium to the oil-solvent mixture in the reactor vessel, the concentration of sodium being between 0.1 and 20% of the petroleum oil concentration, by weight; hacer reaccionar la mezcla de aceite-disolvente con sodio a una temperatura en el intervalo comprendido entre 240 y 350 °C y una presión en el intervalo comprendido entre 101 y 3.550 kPa (0 a 500 psig) durante 15 minutos a 4 horas bajo mezclado para obtener una mezcla resultante;react the oil-solvent mixture with sodium at a temperature in the range between 240 and 350 ° C and a pressure in the range between 101 and 3,550 kPa (0 to 500 psig) for 15 minutes to 4 hours under mixing for obtain a resulting mixture; enfriar y asentar la mezcla resultante; ycool and settle the resulting mixture; Y decantar la mezcla enfriada y filtrar la solución decantada de aceite de petróleo desulfurado.Decant the cooled mixture and filter the decanted solution of desulfurized petroleum oil. 2. Proceso según la reivindicación 1, en el que el disolvente orgánico de hidrocarburo se selecciona de entre el grupo que consiste en n-hexano, ciclohexano, heptano, penteno, hexeno, hepteno, octeno, tolueno y xileno.2. The process according to claim 1, wherein the organic hydrocarbon solvent is selected from the group consisting of n-hexane, cyclohexane, heptane, pentene, hexene, heptene, octene, toluene and xylene. 3. Proceso según la reivindicación 1, que incluye la etapa de purgar el recipiente del reactor con gas hidrógeno a una presión en el intervalo comprendido entre 101 y 3.550 kPa (0 a 500 psig).3. Process according to claim 1, which includes the step of purging the reactor vessel with hydrogen gas at a pressure in the range between 101 and 3,550 kPa (0 to 500 psig). 4. Proceso según la reivindicación 1, que incluye la etapa de separar el disolvente orgánico del aceite de petróleo desulfurado mediante destilación.4. Process according to claim 1, which includes the step of separating the organic solvent from the desulfurized petroleum oil by distillation. 5. Proceso según la reivindicación 1, que incluye la etapa de mezclar sodio con la mezcla de aceite-disolvente en el recipiente del reactor usando un mezclado de alta cizalla por medio de un mezclador seleccionado de entre un mezclador en línea, un mezclador mecánico, un bucle de bombeo recirculante y un mezclador ultrasónico.5. Process according to claim 1, which includes the step of mixing sodium with the oil-solvent mixture in the reactor vessel using high shear mixing by means of a mixer selected from an in-line mixer, a mechanical mixer, a recirculating pumping loop and an ultrasonic mixer. 6. Proceso según la reivindicación 1, que incluye la etapa de eliminar sodio metálico residual mediante:6. Process according to claim 1, which includes the step of removing residual metallic sodium by: tratamiento del aceite de petróleo desulfurado con ácido carboxílico a entre el 0,1 y el 10 % en un disolvente orgánico, en volumen, a una temperatura en el intervalo comprendido entre 50 y 150 °C durante 30 minutos a 90 minutos bajo agitación vigorosa; ytreatment of the desulfurized petroleum oil with carboxylic acid at between 0.1 and 10% in an organic solvent, by volume, at a temperature in the range between 50 and 150 ° C for 30 minutes to 90 minutes under vigorous stirring; Y filtración de la mezcla resultante para obtener aceite de petróleo desulfurado que tiene un contenido de sodio comprendido entre 10 y 50 ppm.filtration of the resulting mixture to obtain desulfurized petroleum oil having a sodium content between 10 and 50 ppm. 7. Proceso según la reivindicación 6, en el que el ácido carboxílico se selecciona de entre ácido acético, ácido fórmico y ácido propiónico.7. Process according to claim 6, wherein the carboxylic acid is selected from acetic acid, formic acid and propionic acid. 8. Proceso según la reivindicación 6, en el que el disolvente orgánico del ácido carboxílico se selecciona de entre alcanos, alquenos, alquenos cíclicos, alquinos y alcohol.8. Process according to claim 6, wherein the organic carboxylic acid solvent is selected from alkanes, alkenes, cyclic alkenes, alkynes and alcohol. 9. Proceso según la reivindicación 6, en el que el disolvente orgánico del ácido carboxílico es xileno.9. Process according to claim 6, wherein the organic carboxylic acid solvent is xylene. 10. Proceso según la reivindicación 1, que incluye la etapa de eliminar sodio metálico residual purgando el aceite de petróleo desulfurado con aire a una temperatura en el intervalo comprendido entre 30 y 150 °C.10. The process according to claim 1, which includes the step of removing residual metallic sodium by purging the desulfurized petroleum oil with air at a temperature in the range between 30 and 150 ° C.
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