ES2887276T3

ES2887276T3 - Método para el tratamiento continúo de residuos de la destilación al vacío originados en la refinería de crudo

Info

Publication number: ES2887276T3
Application number: ES18709943T
Authority: ES
Inventors: George Schlager
Original assignee: List Tech AG
Current assignee: List Tech AG
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2018-02-16
Publication date: 2021-12-22
Anticipated expiration: 2038-02-16
Also published as: CN110300793A; PL3583189T3; KR20190116328A; EP3583189A1; WO2018149951A1; US20210024833A1; DE102017103363A1; KR102513464B1; US11352569B2; LT3583189T; EP3583189B1

Abstract

Método para el tratamiento continuo de residuos de vacío provenientes del refinado de petróleo crudo, donde el crudo se somete a una primera y una segunda etapa de destilación, en el que la segunda etapa de destilación se realiza en condiciones de vacío, donde los residuos de vacío se obtienen después de la segunda etapa de destilación, caracterizado en que los residuos de vacío se introducen continuamente en un recipiente con agitación, en cuyo caso el recipiente con agitación es una amasadora mezcladora de un solo eje, en cuyo caso los residuos de vacío se introducen continuamente en la amasadora mezcladora de un solo eje a través de al menos un punto de alimentación de esa amasadora mezcladora de un solo eje, en cuyo caso el eje de la amasadora mezcladora de un solo eje está equipado con elementos de amasado y en cuyo caso la amasadora mezcladora de un solo eje comprende una carcasa que está equipada con contra-elementos de amasado, en cuyo caso los elementos de amasado y los contra-elementos de amasado están dispuestos de forma que cooperen entre sí, en cuyo caso la carcasa comprende al menos una conexión de vapor, en cuyo caso los residuos de vacío son transportados junto con la amasadora mezcladora de un solo eje a un dispositivo de descarga de la amasadora mezcladora de un solo eje, en cuyo caso los residuos de vacío se someten a un vacío de 10 mbar o menos y a una temperatura de al menos 300 °C en la amasadora mezcladora de un solo eje para eliminar los volátiles, que no es posible eliminar mediante las etapas de destilación, a través de la al menos una conexión de vapor, y en el que la materia no volátil restante se descarga a través del dispositivo de descarga.

Description

DESCRIPCIÓN

Método para el tratamiento continúo de residuos de la destilación al vacío originados en la refinería de crudo

Area técnica

El presente invento se centra en el desarrollo de un método para el tratamiento continuo de residuos de vacío que se originan en la refinería de petróleo crudo.

Estado de la Técnica

El petróleo crudo contiene una gran cantidad de sustancias valiosas, entre las que se encuentran numerosos productos de importancia económica. El petróleo crudo es, por ejemplo, la materia prima de los gases combustibles, el gas licuado de petróleo (GLP), la gasolina de aviación, la gasolina para automóviles, los disolventes ligeros, los combustibles para aviones, el queroseno, los disolventes pesados, el fuelóleo destilado y el combustible diésel. Los productos anteriormente mencionados se obtienen por medio de una serie de diferentes pasos durante el proceso de refinado. Las sustancias que quedan después de la extracción de las sustancias valiosas, durante las etapas de destilación del proceso de refinado, se denominan de forma colectiva residuos.

En los procesos de refinado, según el estado de la técnica, el crudo se desala para evitar la corrosión de la maquinaria que va a ser utilizada posteriormente, y se introduce en una primera columna de destilación, también denominada columna de fraccionamiento. Este primer paso de destilación es llevado a cabo generalmente a presión atmosférica en una columna de hasta 50 metros de altura. Las sustancias valiosas como los gases, los llamados "nafta", el queroseno y otros, se extraen y se separan de los residuos. La primera columna está equipada generalmente con un único puerto de entrada, pero con varios puertos de salida a diferentes alturas. Se establece, a lo largo de la columna, un perfil de temperatura en el que la parte inferior presenta la temperatura más alta y la parte superior tiene la temperatura más baja. Los componentes del petróleo crudo que no pasan a la fase gaseosa dentro de la primera columna forman residuos, que a menudo reciben el nombre de residuos atmosféricos.

En los puertos de salida próximos al extremo superior de las columnas, se obtienen sustancias con el peso molecular y la viscosidad más bajos. Cuanto más abajo esté el puerto de salida en la columna, mayor es el peso molecular de las sustancias obtenidas y mayor es su viscosidad. Por tanto, se observa un gradiente de peso molecular y viscosidad de las sustancias obtenidas.

Además, también se observa un gradiente en lo que respecta a la eficiencia de plato, que se corresponde con la calidad de separación en la columna. Cuanto más alto sea el puerto de salida, mayor será la eficiencia de plato.

Los residuos atmosféricos se someten a continuación a una segunda etapa de destilación en una segunda columna que funciona de manera análoga a la primera, pero que se lleva a cabo al vacío para extraer y separar sustancias valiosas que no fueron extraídas por destilación bajo condiciones de presión atmosférica. La presión en esta segunda columna suele rondar los 20 mbar. Las sustancias valiosas obtenidas en esta segunda etapa de destilación se denominan destilado al vacío ligero y destilado pesado. Los residuos que quedan de este segundo paso de destilación se denominan residuos de vacío. Según el estado de la técnica, los residuos de vacío se introducen, por ejemplo, en un coquizador y se fraccionan, es decir, se descomponen químicamente en sustancias de menor peso molecular, a altas temperaturas de, por ejemplo, 500 °C. Las sustancias valiosas que no se extraen mediante la primera o la segunda etapa de destilación permanecen en la fracción residual y son fraccionadas, razón por la cual no pueden ser utilizadas para producir combustibles o similares. El documento US 2008/173531 describe una unidad de destilación, y el método correspondiente, para destilar un petróleo crudo, la cual puede destilar de forma exitosa y de manera fácil mezclas que son difíciles de destilar con un equipo de destilación convencional.

Objeto del presente invento

Es un objetivo del presente invento proporcionar un método para extraer eficazmente las sustancias valiosas restantes del residuo de vacío del petróleo crudo.

Solución

El presente invento, tal y como se define en las reivindicaciones adjuntas, tiene como objeto obtener un método para tratar de forma continua los residuos de vacío que se originan en el refinado de petróleo crudo, en el que el petróleo crudo se somete a una primera y una segunda etapa de destilación, en cuyo caso la segunda etapa de destilación es realizada en condiciones de vacío, en cuyo caso los residuos de vacío se obtienen después de la segunda etapa de destilación, siendo los residuos de vacío continuamente introducidos en un recipiente con agitación, en cuyo caso los residuos de vacío se someten, en el recipiente con agitación, a un vacío de 10 mbar o inferior y a una temperatura de al menos 300 °C para eliminar los volátiles que no se pudieron eliminar mediante las etapas de destilación.

El recipiente con agitación es una amasadora mezcladora de un solo eje.

Este método es adecuado para el petróleo crudo amargo y para el petróleo crudo con una gravedad API inferior a 30 o 20 o incluso inferior a 15.

La primera etapa de destilación se puede realizar en condiciones de presión atmosférica y la segunda etapa de destilación se realiza en condiciones de vacío.

El tratamiento en el recipiente con agitación puede considerarse como un tercer paso de destilación.

Según el presente invento, un "recipiente con agitación" es un recipiente diseñado preferiblemente para calentar sustancias que se mantienen en movimiento mediante elementos móviles, mientras los volátiles se separan de la sustancia, preferiblemente por evaporación. La evaporación puede tener lugar debido a la presencia de superficies calientes en el recipiente y/o por incorporación de energía mecánica causada por la agitación de los elementos. Los elementos móviles se utilizan preferiblemente para prevenir la formación de costras y favorecer la renovación de la superficie.

En el recipiente con agitación el vacío es preferiblemente de menos de 10 mbar, más preferiblemente de menos de 5 mbar, más preferiblemente de menos de 1 mbar e incluso más preferiblemente de menos de 0,5 o incluso de menos de 0,1 mbar.

La temperatura dentro del recipiente con agitación está preferiblemente entre los 300 °C y los 500 °C. Puede estar entre los 300 °C y los 450 °C, o entre los 300 °C y los 400 °C, o entre los 300 °C y los 350 °C. El límite inferior, en los rangos antes mencionados, se puede establecer en 320 °C o 340 °C. La temperatura se elige preferiblemente con el fin de que las sustancias valiosas a eliminar no sean destruidas por el calor.

El calentamiento puede ser proporcionado por medio de diversos métodos. Los componentes tales como el eje, la carcasa, los elementos móviles, y especialmente los elementos de amasado, o los contra-elementos de amasado u otros elementos del recipiente pueden construirse de forma hueca y así circular en el interior el fluido de calentamiento. Por ejemplo, se puede utilizar gasóleo para calefacción. También se pueden utilizar fluidos de calefacción sintéticos que sean estables a temperaturas más altas. Además, también se puede utilizar vapor. El recipiente también puede estar provisto de una camisa calefactora. Otra posibilidad es aplicar directamente al menos la llama de un quemador a un componente, especialmente a la carcasa del recipiente.

La relación longitud/diámetro de la amasadora mezcladora de un solo eje es preferiblemente mayor que 2, más preferiblemente mayor que 2,5 e incluso más preferiblemente mayor que 3,0. Su longitud puede ser superior a 4 metros, preferiblemente superior a más de 5 o más, o incluso ser mayor de más de 6 o 7 metros.

Su volumen puede ir desde los 3 hasta los 25 metros cúbicos, preferiblemente desde los 3 hasta los 15 metros cúbicos y más preferiblemente desde los 5 hasta los 12 metros cúbicos.

Lo anterior es importante para el tratamiento de los residuos de vacío, porque dichos residuos de vacío se tienen que fraccionar o desechar y, a menudo, son tóxicos. Por tanto, es deseable mantener la proporción de residuos que quedan después del proceso de refinado lo más baja posible. Además, la proporción de residuos en un volumen dado de crudo aumentará en el futuro, ya que las fuentes disponibles de crudo de alta calidad se agotarán pronto. La separación del petróleo crudo en sustancias valiosas por un lado y residuos por otro lado nunca es perfecta. Por lo tanto, la necesidad de mejorar esa separación aumentará en el futuro, no solo por la creciente proporción de residuos que se fraccionarán o desecharán, sino también debido a la disminución de la proporción de sustancias valiosas a explotar, lo que a su vez limitará el beneficio que se obtendrá a partir de un volumen dado de petróleo crudo.

En el pasado, a menudo, más del 97% del petróleo crudo podía convertirse en productos y menos del 3% del petróleo crudo tenía que eliminarse como residuo. Estos números, por ejemplo, se aplican a los llamados aceites "dulces" que contienen menos del 0,1% de azufre con una gravedad API de alrededor de 50. Por el contrario, en el futuro se tendrá que utilizar petróleo crudo que, incluso utilizando métodos de última generación, solo es posible usarlo para dar lugar hasta alrededor del 60% a productos y hasta alrededor del 40% a residuos. Estos números, por ejemplo, se aplican a los denominados petróleos crudos "muy pesados, muy amargos" que contienen más de un 1,8% de azufre con una gravedad API de menos de 15. En el futuro, será económicamente favorable invertir más esfuerzos en la extracción casi completa de sustancias valiosas del petróleo crudo. Los reactores amasadores son conocidos y descritos, por ejemplo, en la disertación "Methodenentwicklung und -anwendung zur Untersuchung des Misch- und Entgasungsverhaltens in Knetreaktoren" (Desarrollo de métodos y aplicación para el análisis del comportamiento del mezclado y la desgasificación en un reactor amasador), ISBN 978-3-8440-1021-3. Las amasadoras mezcladoras de doble eje se describen, por ejemplo, en los documentos US 20140376327 A1, y CA 2737497 y EP 1436073 B1. Las amasadoras mezcladoras de un solo eje se describen, por ejemplo, en los documentos US 4889431 y CH 674959 A5.

Ejemplos alternativos de recipientes con agitación son las columnas con agitación, como por ejemplo columnas con agitación verticales tales como evaporadores de película limpia, evaporadores de película delgada o similares. Procesadores filmtruders como se describen, por ejemplo, en los documentos EP 0356419 A2 y DE 2823129 C2.

Una ventaja del presente invento es que encaja sin problemas en los procesos de refinado de petróleo crudo de última generación sin la necesidad de comprar ningún otro equipo nuevo a mayores del equipo necesario para realizar los pasos de acuerdo con el presente invento. El equipo utilizado hasta ahora no tiene que ser reemplazado ni modificado, ya que el presente invento se basa principalmente en añadir una tercera etapa de destilación muy efectiva.

Se ha encontrado que cuando se llevan a cabo las etapas de destilación utilizadas actualmente en columnas de destilación a muy baja presión por debajo de 20 mbar y / o a temperaturas muy altas, la viscosidad del petróleo crudo dentro de la columna aumenta y dicha columna ya no se puede manipular y se obstruye. Esto no sucede con los recipientes con agitación utilizados en el marco del presente invento.

El recipiente con agitación es una amasadora mezcladora de un solo eje, en el que los residuos de vacío son incorporados continuamente en la amasadora mezcladora de un solo eje a través de al menos un punto de alimentación de dicha amasadora mezcladora de un solo eje, en el que el eje de la amasadora mezcladora de un solo eje está equipado con elementos de amasado y la amasadora mezcladora de un solo eje comprende una carcasa que está equipada con contra-elementos de amasado, en el que los elementos de amasado y los elementos de contra-amasado están dispuestos de forma que cooperen entre sí, en el que la carcasa comprende al menos una conexión de vapor, en el que los residuos de vacío se transportan junto a la amasadora mezcladora de un solo eje a un dispositivo de descarga de la amasadora mezcladora de un solo eje, en el que los residuos de vacío en la amasadora mezcladora de un solo eje se someten a un vacío de 10 mbar o menos y a una temperatura de al menos 300 °C para eliminar los volátiles que no es posible eliminar mediante las etapas de destilación a través de al menos una conexión de vapor, y en el que la materia no volátil restante se descarga a través del dispositivo de descarga.

Un ejemplo de elementos de amasado montados en el eje y de contra-elementos de amasado montados en la carcasa se muestra, por ejemplo, en el documento DE 37 44 269. Los elementos de amasado pueden ser barras de amasado montadas sobre discos. Los contra-elementos de amasado se pueden realizar en forma de ganchos. Los elementos antes mencionados cooperan o interactúan preferiblemente, por ejemplo, en forma de peines.

El eje de la amasadora mezcladora de un solo eje puede estar equipado con al menos un cierre mecánico. También es posible equipar la amasadora con un prensaestopas, sin embargo, normalmente los cierres mecánicos proporcionan un mejor apriete. Preferiblemente, se utilizan al menos dos cierres mecánicos.

La conexión de vapor puede ser cualquier elemento a través del que se puedan eliminar los vapores del recipiente o de la amasadora mezcladora, como un orificio que se pueda conectar a un tubo para eliminar el vapor. Preferiblemente, la conexión de vapor tiene un área de sección transversal grande.

Las amasadoras mezcladoras de un solo eje de acuerdo con el presente invento también pueden denominarse reactores amasadores.

Todas las amasadoras mezcladoras utilizadas en el presente invento pueden estar equipadas con un tornillo de descarga u otro dispositivo de descarga, preferiblemente un dispositivo de descarga hermético a los gases. Por ejemplo, la amasadora mezcladora puede estar equipada con un sistema de recipientes de bloqueo para mantener el vacío.

En el recipiente con agitación se puede introducir un agente líquido que puede pasar a la fase gaseosa para reducir la presión parcial de otro componente gaseoso presente en el recipiente con agitación.

Descripción de las figuras

Más detalles y ventajas del presente invento se comentan con respecto a los ejemplos preferidos de ejecución que se presentan a continuación, y con respecto a las figuras.

La figura 1 muestra en el lado izquierdo los primeros pasos de un proceso de refinado típico conforme al estado de la técnica;

La figura 2 muestra en detalle el tratamiento de los residuos de vacío conforme al presente invento;

Las figuras 3 y 4 muestran el mecanismo de trabajo de una amasadora mezcladora de un solo eje conforme a un ejemplo de ejecución del presente invento.

Ejemplo

La Figura 1 muestra cómo se pueden obtener sustancias valiosas a través de los primeros pasos de un proceso de refinado de última generación. A la izquierda de la figura 1 se muestran de forma esquemática principalmente las etapas de destilación realizadas en columnas de destilación que dan origen a sustancias valiosas, tal y como se encuentran escritas encima de las flechas de la figura 1.

A la derecha de la figura 1, se ilustran los gradientes de peso molecular (Pm) y viscosidad, así como la eficiencia de plato, con respecto a las sustancias obtenidas a partir de los pasos de destilación que se encuentran en el lado izquierdo de la figura 1. La caja superior en el lado derecho de la figura 1 se refiere a los gases obtenidos como resultado de la destilación atmosférica, mientras que la caja inferior se refiere a los residuos de vacío obtenidos como resultado de la destilación al vacío.

Las barras son solo ilustrativas. Sin embargo, si se inspeccionan por separado muestran, para cada paso de la destilación, los gradientes observados al comparar las sustancias y los productos intermedios indicados en el lado izquierdo de la figura 1.

La figura 2 muestra un ejemplo de ejecución del presente invento en el que los residuos de vacío (véase la figura 1) no se descargan o introducen directamente en un coquizador, sino que se tratan en una amasadora mezcladora de un solo eje 1 donde se lleva a cabo una etapa de destilación adicional.

En esta figura se muestra el motor 2 de la amasadora mezcladora de un solo eje 1, así como el eje 4, el tornillo de descarga de doble eje 3 y la carcasa 5. Además, se muestran las conexiones de vapor 8 y el punto de alimentación 9. También se muestran los elementos de amasado 6 montados en el eje 4, así como los contra-elementos de amasado 7 montados en la carcasa 5.

La figura 3 muestra una vista ampliada de la amasadora mezcladora de un solo eje 1 de la figura 2, el motor 2 se deja fuera por cuestiones de simplicidad. Además, se muestra una vista en sección transversal de la amasadora mezcladora de un solo eje 1.

La figura 4 muestra la amasadora mezcladora de un solo eje 1 de la figura 2 llena de residuos de vacío que no llenan por completo el interior de la carcasa 5.

Conforme a un ejemplo de ejecución del presente invento, los residuos de vacío que se originan en la etapa de destilación al vacío se introducen en el mezclador amasador de un solo eje 1 a través del punto de alimentación 9, se transportan junto con el mezclador amasador de un solo eje 1 mientras son mezclados conjuntamente por los elementos de amasado 6 y los contra-elementos de amasado 7, y los compuestos volátiles, incluidas las sustancias valiosas, se eliminan a través de las conexiones de vapor 8. La materia restante se descarga a continuación mediante el tornillo de descarga 3. Durante este proceso, se aplica calor y vacío.

Lista de números de referencia

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método para el tratamiento continuo de residuos de vacío provenientes del refinado de petróleo crudo, donde el crudo se somete a una primera y una segunda etapa de destilación, en el que la segunda etapa de destilación se realiza en condiciones de vacío, donde los residuos de vacío se obtienen después de la segunda etapa de destilación,

caracterizado en que

los residuos de vacío se introducen continuamente en un recipiente con agitación,

en cuyo caso el recipiente con agitación es una amasadora mezcladora de un solo eje,

en cuyo caso los residuos de vacío se introducen continuamente en la amasadora mezcladora de un solo eje a través de al menos un punto de alimentación de esa amasadora mezcladora de un solo eje, en cuyo caso el eje de la amasadora mezcladora de un solo eje está equipado con elementos de amasado y en cuyo caso la amasadora mezcladora de un solo eje comprende una carcasa que está equipada con contra-elementos de amasado, en cuyo caso los elementos de amasado y los contra-elementos de amasado están dispuestos de forma que cooperen entre sí, en cuyo caso la carcasa comprende al menos una conexión de vapor, en cuyo caso los residuos de vacío son transportados junto con la amasadora mezcladora de un solo eje a un dispositivo de descarga de la amasadora mezcladora de un solo eje, en cuyo caso los residuos de vacío se someten a un vacío de 10 mbar o menos y a una temperatura de al menos 300 °C en la amasadora mezcladora de un solo eje para eliminar los volátiles, que no es posible eliminar mediante las etapas de destilación, a través de la al menos una conexión de vapor, y en el que la materia no volátil restante se descarga a través del dispositivo de descarga.

2. Procedimiento conforme a la reivindicación 1, caracterizado en que el eje de la amasadora mezcladora de un solo eje está equipado con al menos un cierre mecánico.

3. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado en que la amasadora mezcladora está equipada con un tornillo de descarga.

4. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado en que se añade un agente líquido que puede pasar a la fase gaseosa para reducir la presión parcial de otro componente gaseoso presente en el recipiente con agitación.