ES2926701T3

ES2926701T3 - Proceso de reducción del punto de fluidez de alta eficiencia

Info

Publication number: ES2926701T3
Application number: ES15737480T
Authority: ES
Inventors: Edward Coppola; Sanjay Nana; Charles Red
Original assignee: Applied Research Associates Inc
Current assignee: Applied Research Associates Inc
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2015-01-13
Publication date: 2022-10-27
Anticipated expiration: 2035-01-13
Also published as: DK3097165T3; BR112016016601B1; CA2936955C; JP2018044179A; EP4067461A1; JP2017507204A; PH12016501431A1; US20150203768A1; EP3097165A4; MY176470A; EP3097165A1; US10961469B2; CA2936955A1; BR112016016601A8; EP3097165B1; JP6603360B2; PL3097165T3; WO2015108883A1; JP2018119166A; BR112016016601A2

Abstract

Un proceso y sistema para convertir una materia prima orgánica de alto punto de fluidez en un producto mejorado que exhibe buenas propiedades a baja temperatura (punto de turbidez, punto de fluidez y viscosidad) y transportabilidad mejorada. El proceso de alta eficiencia incluye un sistema de reactor hidrotermal de alta tasa y flujo continuo y sistemas de separación integrados que resultan en baja complejidad, tamaño reducido, alta eficiencia energética y altos rendimientos de productos mejorados de alta calidad. El sistema es específicamente deseable para su uso en la conversión de materias primas cerosas, como crudos de petróleo de cera amarilla y negra y cera del proceso Fischer-Tropsch (FT), en crudo mejorado que exhibe una alta fracción de diésel y, correspondientemente, gasóleo de bajo vacío (VGO) fracción. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Proceso de reducción del punto de fluidez de alta eficiencia

Campo de la invención

La presente invención se dirige a un proceso de alta eficiencia para convertir materias primas orgánicas sintéticas o de petróleo de alto punto de fluidez y de alto punto de fusión en crudo o productos de combustible mejorado que exhiben buenas propiedades a baja temperatura (punto de enturbiamiento, punto de fluidez y viscosidad) y una mejor transportabilidad. El proceso de alta eficiencia incluye un sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad y sistemas de separación integrados que resultan en una baja complejidad, un tamaño reducido, una alta eficiencia energética y altos rendimientos de productos mejorados de alta calidad. El proceso es específicamente útil para convertir materias primas cerosas, tal como los crudos de petróleo de cera amarilla y negra y cera del proceso Fischer-Tropsch (FT), en crudo mejorado que incluye una fracción alta de diésel y una correspondiente fracción baja de gasóleo de vacío (VGO).

El documento US 2012/181217A1 describe un método de mejora de la materia prima del petróleo. El método incluye el suministro de una corriente mixta que incluye materia prima de hidrocarburos y agua a un reactor hidrotérmico donde la corriente mixta se mantiene a una temperatura y presión mayores que las temperaturas y presiones críticas del agua en ausencia de catalizador durante un tiempo de residencia suficiente para convertir la corriente mixta en una corriente modificada que tiene una mayor concentración de hidrocarburos más ligeros y/o concentración de compuestos que contienen azufre. La corriente modificada se suministra entonces a una etapa de reacción de adsorción cargada con un adsorbente sólido operable para eliminar al menos una porción del azufre presente para producir un recorte. La corriente recortada se separa entonces en corrientes de gas y de líquido, y la corriente de líquido se separa en una corriente de agua y una corriente de producto de hidrocarburo mejorado.

Antecedentes de la invención

Los aceites crudos de petróleo de cera amarilla y de cera negra exhiben altos puntos de fluidez (mayores de 110 °F) y son semisólidos a temperatura ambiente. Aunque hay grandes recursos de crudo ceroso en el estado de Utah, los crudos cerosos se producen en otras regiones de los Estados Unidos y en todo el mundo. Los aceites crudos cerosos presentan graves problemas de transporte y logística. Los aceites crudos cerosos solo pueden transportarse a través de camiones cisterna aislados a ubicaciones que se encuentran a unas pocas horas del campo petrolífero. El transporte a los mercados fuera del área local requiere camiones o vagones ferroviarios calentados, u oleoductos calentados. Los aceites crudos cerosos calentados presentan un problema de seguridad ya que exhiben puntos de inflamación cercanos a su punto de fluidez. En Utah, los crudos cerosos se transportan por camiones aislados a las refinerías locales. Esto crea problemas logísticos, de seguridad y de salud debido al gran volumen de camiones que se requieren para viajar por terrenos montañosos, por carreteras secundarias, cerca de yacimientos de agua potable y a través de áreas pobladas.

Las soluciones a los problemas de transporte se han centrado principalmente en el uso de aditivos para reducir el punto de fluidez. Sin embargo, estos enfoques no han sido capaces de reducir el punto de fluidez lo suficiente como para permitir el uso de sistemas de transporte convencionales, sin calefacción, tales como camiones cisterna, ferrocarriles, oleoductos y similares. La dilución con otros aceites crudos es otra posible solución, pero las concentraciones aceptables de aceites crudos cerosos son muy bajas, lo que crea problemas logísticos, de producción y económicos.

La refinación de crudos cerosos presenta desafíos adicionales y requiere cambios en las operaciones y equipos actuales de las refinerías. Un crudo ceroso generalmente consiste en una variedad de hidrocarburos ligeros e intermedios y cera, que consiste principalmente en hidrocarburos de parafina (C18-C50+), conocidos como cera de parafina, y una variedad de otros compuestos orgánicos pesados que incluyen resinas y asfaltenos. Como se usa en la presente descripción, las moléculas de hidrocarburo pueden definirse por el número de átomos de carbono. Por ejemplo, cualquier molécula de hidrocarburo que tenga dieciocho átomos de carbono se denomina C18 y una molécula de hidrocarburo que tiene 50 átomos de carbono se denomina C50. Aunque los crudos cerosos típicamente exhiben altas gravedades API, características de los aceites crudos ligeros, la fracción de crudo que hierve más alto que el diésel, es decir, la fracción que destila a una temperatura atmosférica equivalente (AET) mayor que 650 °F (343 °C), es mucho mayor que los aceites crudos típicos que exhiben una gravedad API mucho menor. La fracción que hierve de 650 °F a 1000 °F (343 °C a 538 °C) se define como gasóleo de vacío (VGO) y la fracción que hierve a más de 1000 °F (538 °C) se define como residuo (resid). La fracción de VGO de los aceites crudos cerosos es típicamente mayor que el 60 % del crudo. Esto presenta un problema para las refinerías convencionales que se diseñan para procesar aceite crudo que puede contener solo un 30-40 % de VGO y resid. En la refinación convencional del petróleo, la fracción de VGO es la fracción superior de una torre de destilación al vacío. La fracción de VGO puede craquearse en combustibles destilados (<650 °F/ <343 °C) mediante el uso de tecnología convencional de hidrocraqueo o craqueo catalítico fluidizado (FCC). Como se usa en la presente descripción, la referencia a una fracción por un valor o intervalo de temperatura (tal como "<650 °F" / <343 °C) significa que la fracción hierve a esa temperatura o intervalo. Sin embargo, el alto contenido de VGO de los crudos cerosos crea un cuello de botella severo en la típica refinería de petróleo. La solución convencional a este cuello de botella es la adición de sistemas muy cotosos de destilación al vacío e hidrocraqueo o FCC.

Debido a los problemas logísticos, de seguridad y de refinación asociados con los aceites crudos de petróleo ceroso, el valor de estos crudos se reduce hasta en un 20 % con relación a otros aceites crudos de referencia, tal como el West Texas Intermediate (WTI). Los grandes depósitos de aceites crudos cerosos no se consideran "reservas probadas" porque no son recuperables con el equipo existente y en las condiciones existentes. Si los aceites crudos cerosos pudieran mejorarse para permitir su transporte por camiones, vagones ferroviarios y oleoductos sin calefacción, y el contenido de VGO se redujera para permitir el máximo rendimiento en las típicas refinerías sin modificaciones, el valor de estos aceites crudos superaría el valor del WTI. Además, como "reservas probadas", la financiación de la infraestructura adicional de producción de crudo ceroso estaría fácilmente disponible.

Además de los aceites crudos cerosos, otros materiales exhiben problemas de transporte similares. Los aceites pesados y los materiales de tipo bituminoso exhiben altas viscosidades y deben procesarse cerca del campo para reducir la viscosidad o diluirse con un aceite crudo liviano o nafta para permitir su transporte por oleoducto. Los hidrocarburos sintéticos, tal como la cera que se produce por el proceso Fischer-Tropsch (FT), exhiben incluso puntos de fusión y de fluidez más altos que los aceites crudos cerosos. El gas en boca de pozo y el gas varado representan problemas para la producción de aceite y gas que pueden abordarse mediante la conversión en cera FT en el campo. Sin embargo, el transporte de cera sólida tiene un costo prohibitivo debido a problemas logísticos y de refinación. La capacidad de convertir la cera FT en hidrocarburos líquidos en el campo mejoraría enormemente la logística, la economía y la viabilidad técnica de la producción y conversión de cera FT.

Resumen de la invención

La presente invención es un proceso para convertir una materia prima orgánica de alto punto de fluidez, como se define en las reivindicaciones anexas, que usa un reactor hidrotérmico de flujo continuo y alta velocidad para convertir materias primas orgánicas de alto punto de fluidez y alta viscosidad, tal como crudos cerosos o cera FT, en aceites crudos mejorados o sintéticos (syncrude) que exhiben un punto de fluidez y viscosidad reducidos. La reducción hidrotérmica del punto de fluidez mejora las materias primas de hidrocarburos en un proceso que combina agua supercrítica a alta temperatura con la materia prima orgánica en condiciones que resultan en un craqueo rápido de las moléculas parafínicas mientras que se minimiza la formación de coque y gas. El tiempo de residencia en el reactor hidrotérmico de alta velocidad es de menos de 1 minuto. En el caso de una materia prima como el aceite crudo de cera amarilla, el producto mejorado exhibe una reducción del punto de fluidez de 43,3 °C (110 °F) a menos de 0 °C (32 °F) y una reducción de la fracción de VGO del 60 % al 15 %. Además, pueden realizarse fracciones de combustible diésel de hasta el 65 %.

Esta invención aprovecha la energía en la corriente de producto del reactor hidrotérmico para realizar la separación a presión atmosférica de las corrientes de proceso y lograr una alta eficiencia térmica mediante la integración de los procesos de generación de calor, reacción y recuperación. La pequeña cantidad de gas de subproducto que se genera durante la mejora es suficiente para proporcionar todos los requisitos de calor para el proceso. La gravedad API del producto es más alta que la materia prima, lo que resulta en altos rendimientos volumétricos, del 95 al 100 %. En algunas modalidades de la invención no se generan subproductos ni desechos orgánicos y más del 90 % del agua que se procesa puede reciclarse.

Esta invención tiene numerosas ventajas sobre otros procesos de mejora hidrotérmica, procesos de mejora de refinería convencionales u otros métodos que incluyen la dilución y/o el uso de aditivos. Un resumen de las ventajas para la mejora del crudo ceroso incluye, pero no se limita a: 1) craqueo hidrotérmico de materias primas parafínicas sin necesidad de hidrógeno, destilación al vacío, hidrocraqueo u operaciones de unidad de craqueo catalítico fluidizado (FCC); 2) tiempo de residencia muy corto (>1 minuto) que resulta en un equipo de proceso muy pequeño que puede ubicarse junto con una refinería convencional o implementarse cerca de campos petrolíferos; 3) bajo costo de capital que resulta del tamaño reducido del equipo y del sistema, sin requerir catalizadores y sin equipo de generación de hidrógeno; 4) bajo costo operativo que resulta de que no se requiere energía adicional para el calor del proceso, no hay costo de reemplazo del catalizador, no se requiere aditivo, la generación de desechos y subproductos es mínima y el uso y los costes de tratamiento del agua son mínimos; 5) uso de corrientes de proceso de alta energía que contienen agua para la separación de productos, lo que elimina la necesidad de la destilación al vacío convencional; y 6) producción de altos rendimientos de crudo mejorado con un punto de fluidez inferior a 32 °F (0 °C), una viscosidad inferior a 5 centistokes (cSt) @ 40 °C (104 °F), una fracción de VGO de menos del 15 % y un alto rendimiento de combustible diésel.

Los aceites crudos cerosos y los productos de cera FT completos contienen fracciones de nafta y diésel que no requieren mejora. La fracción destilada puede separarse por destilación convencional para reducir la cantidad de crudo que requiere procesamiento. En un enfoque alternativo, de acuerdo con la presente invención, la corriente de efluentes del reactor de alta energía puede usarse para quitar la fracción destilada de la materia prima virgen en un sistema de separación para provocar que una fracción destilada más ligera de la materia prima se separe de la fracción más pesada junto con el destilado crudo mejorado. La fracción más pesada (>650 °F / >343 °C) de la materia prima cruda y el producto no convertido puede entonces mejorarse aún más en destilado en el sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad. Los sistemas de separación pueden incluir uno o más tanques de destello, una o más columnas de destilación o rectificadoras, uno o más condensadores y uno o más separadores de aceite-agua. La energía que se proporciona por la corriente del producto es suficiente para permitir la operación a baja presión de los sistemas de separación y anular la necesidad de la destilación al vacío.

Algunos aceites crudos contienen niveles significativos de asfaltenos o exhiben un alto residuo de carbono Conradson (CCR). El estándar de la industria para el procesamiento de material de tipo VGO tiene un valor de CCR de aproximadamente 0,5 %. En consecuencia, los aceites crudos que exhiben un alto CCR serían mayores que el 0,5 % y los aceites crudos que exhiben un bajo CCR serían menores de aproximadamente el 0,5 %. Estos aceites pueden requerir la separación de la fracción residual para mejorar la procesabilidad. De acuerdo con otra modalidad de esta invención, la fracción pesada (>650 °F / >343 °C) de la materia prima puede someterse a procesos de desasfaltado para eliminar los asfaltenos antes de mejorarse en el reactor hidrotérmico de alta velocidad. Un enfoque alternativo es emplear la destilación al vacío de la fracción pesada para eliminar los asfaltenos en la fracción de fondo (asfalto) y proporcionar un producto intermedio equivalente al VGO para una mejora adicional.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un proceso de flujo continuo para convertir una materia prima orgánica de alto punto de fluidez en un producto mejorado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-8.

Cuando la fracción pesada mejorada se alimenta al sistema de separación, el sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad es capaz de transferir una cantidad predeterminada de energía a la fracción pesada de manera que cuando la fracción pesada mejorada se alimenta al sistema de separación, la cantidad predeterminada de energía es suficiente para efectuar la separación de la fracción destilada y la fracción pesada.

El proceso incluye además la mezcla de la fracción pesada del sistema de separación con una mezcla de agua y agua-aceite para producir una mezcla de fracción pesada y alimentar la mezcla de fracción pesada en el sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad. El proceso también incluye proporcionar uno o más separadores asociados con la fracción destilada o la fracción pesada mejorada para recuperar agua para reciclar y combinar con la fracción pesada.

El proceso también incluye mantener una temperatura y presión de la mezcla de agua y fracción pesada en el sistema del reactor de alta velocidad durante el tiempo suficiente para producir una fracción pesada mejorada que tenga un bajo punto de fluidez.

La materia prima orgánica de alto punto de fluidez puede ser cualquier materia prima que exhibe puntos de fluidez mayores que 10 °C (50 °F) y se selecciona del grupo que consiste en aceite crudo pesado, bitumen de arenas bituminosas, aceite de esquisto, aceites crudos cerosos que incluyen la cera amarilla y la cera negra, fracciones de aceite de petróleo, crudos sintéticos, tal como la cera de un proceso Fischer-Tropsch (F^t), y mezclas de los mismos.

El sistema de separación puede operarse a una presión positiva neta de 2 psig (0,014 MPa) a 30 psig (20,68 MPa) y puede comprender al menos uno de uno o más tanques de destello, una o más columnas de rectificación, una o más columnas de destilación, o cualquiera de sus combinaciones.

El proceso puede incluir además la despresurización de la fracción pesada mejorada que sale del sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad, la filtración de la fracción pesada mejorada despresurizada, el enfriamiento parcial de la fracción pesada despresurizada filtrada en un intercambiador de calor alimentación-efluente y la alimentación de la fracción pesada parcialmente enfriada a un tanque de destello donde una porción de fondo que contiene compuestos refractarios se combina con la fracción destilada del sistema de separación para formar el producto mejorado.

El proceso incluye además proporcionar uno o más condensadores para condensar la fracción destilada del sistema de separación para producir gas combustible y una corriente de reflujo, en donde una primera porción de la corriente de reflujo se alimenta al sistema de separación y una segunda porción de la corriente de reflujo se combina con una porción de la fracción pesada mejorada del reactor hidrotérmico de alta velocidad para producir el producto mejorado sin ningún subproducto líquido.

El proceso también puede incluir una etapa de tratamiento de la fracción pesada que sale del sistema de separación a un proceso de desasfaltado para eliminar los precursores del coque de las materias primas que exhiben un alto residuo de carbono Conradson (CCR) antes de que la fracción pesada se alimente al sistema de reactor de alta velocidad. Puede apreciarse que el proceso de desasfaltado puede ser cualquier proceso conocido, tal como un proceso de desasfaltado con solvente, destilación al vacío y similares.

De acuerdo con un aspecto de la invención, la relación en peso de agua a aceite en el sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad puede encontrarse entre 1:20 y 1:1 o incluso entre 1:10 y 1:2. La fracción pesada y la mezcla de aceite-agua pueden calentarse en el sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad a una temperatura entre 400 °C (752 °F) y 600 °C (1112 °F) o incluso a una temperatura entre 450 °C (842°F) y 550 °C (1022 °F). Adicionalmente, la presión en el sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad puede mantenerse entre 1500 psig (13,34 MPa) y 6000 psig (41,37 MPa) o incluso entre 3000 psig (20,68 MPa) y 4000 psig (27,58 MPa). Además, el tiempo de residencia del sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad en condiciones operativas puede ser de menos de 1 minuto.

El proceso incluye además la despresurización de la fracción pesada mejorada que sale del sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad, la filtración de la fracción pesada mejorada despresurizada, la alimentación de la fracción pesada mejorada filtrada a un intercambiador de calor de alimentación-efluente, el enfriamiento de la fracción pesada mejorada filtrada, la alimentación de la fracción pesada mejorada enfriada a uno o más separadores para eliminar el gas combustible y el agua de la misma, y la combinación de la fracción pesada mejorada que sale de uno o más separadores con la fracción destilada para formar el producto mejorado sin la producción de subproductos líquidos. Este proceso también puede incluir la etapa de tratar la fracción pesada del sistema de separación en un proceso de desasfaltado para eliminar los precursores del coque de las materias primas que exhiben un alto CCR antes de que la fracción pesada se alimente al sistema de reactor de alta velocidad y en donde el proceso de desasfaltado comprende un proceso de desasfaltado conocido, tal como el proceso de desasfaltado con solvente, destilación al vacío y similares.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista esquemática del proceso de reducción del punto de fluidez de acuerdo con la presente invención que usa el producto de reactor de alta energía para dividir el producto y la materia prima de bajo CCR en una columna rectificadora en fracciones destiladas y pesadas y la fracción pesada se alimenta directamente al sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad;

La Figura 2 es una vista esquemática del proceso de reducción del punto de fluidez de acuerdo con la presente invención para materia prima de alto CCR que es similar a la Figura 1; sin embargo, la fracción pesada de la columna rectificadora se somete a desasfaltado antes de su procesamiento en el sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad;

La Figura 3 es una vista esquemática de un sistema de reducción del punto de fluidez, no de acuerdo con la presente invención, donde la materia prima de bajo CCR se destila en fracciones destiladas y pesadas y solo la fracción pesada de la materia prima se mejora en el sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad; y La Figura 4 es una vista esquemática de un sistema de reducción del punto de fluidez, no de acuerdo con la invención, para materias primas de alto CCR que es similar a la Figura 3; la fracción pesada de la materia prima se somete a desasfaltado antes de mejorarse en el sistema del reactor hidrotérmico de alta velocidad.

Descripción de la invención

Como se usa en la presente descripción, a menos que se especifique expresamente de cualquier otra manera, todos los números, tales como los que expresan valores, intervalos, cantidades o porcentajes, pueden leerse como si fueran precedidos por la palabra "aproximadamente", incluso si el término no aparece expresamente. Cualquier intervalo numérico citado en la presente descripción pretende incluir todos los subintervalos incluidos en él. El plural abarca el singular y viceversa. Por ejemplo, mientras que la invención se ha descrito en términos de "un" estabilizador de poliéster, "un" monómero etilénicamente insaturado, "un" solvente orgánico y similares, pueden usarse mezclas de estos y otros componentes, que incluyen las mezclas de micropartículas. Cuando se dan intervalos, cualquier punto final de esos intervalos y/o números dentro de esos intervalos pueden combinarse con el alcance de la presente invención. "Incluido", "tal como", "por ejemplo" y términos similares significan "incluido/tal como/por ejemplo, pero no se limita a".

Para los propósitos de la descripción en adelante, los términos "superior", "inferior", "derecha", "izquierda", "vertical", "horizontal", "parte superior", "parte inferior", "lateral", "longitudinal" y sus derivados, se referirán a la invención tal como se orienta en las figuras del dibujo. Sin embargo, debe entenderse que la invención puede suponer diversas variaciones alternativas, excepto cuando se especifique expresamente lo contrario. También debe entenderse que los dispositivos específicos que se ilustran en los dibujos adjuntos, y descritos en la siguiente descripción, son simplemente modalidades ilustrativas de la invención. Por tanto, las dimensiones específicas y otras características físicas relacionadas con las modalidades descritas en la presente descripción no deben considerarse limitantes.

Debe entenderse que cualquier intervalo numérico citado en la presente descripción pretende incluir todos los subintervalos incluidos en él. Por ejemplo, un rango de "1 a 10" pretende incluir cualquiera y todos los subintervalos entre y que incluyen el valor mínimo citado de 1 y el valor máximo citado de 10, es decir, todos los subintervalos que comienzan con un valor mínimo igual o mayor que 1 y que terminan con un valor máximo igual o menor que 10, y todos los subintervalos entre ellos, por ejemplo, 1 a 6,3, o 5,5 a 10, o 2,7 a 6,1.

La presente invención se dirige a un proceso mejorado de mejora de materias primas para la mejora de materias primas de alto punto de fluidez y alta viscosidad con una temperatura de punto de fluidez mayor que 10 °C (50 °F), tal como los crudos cerosos, la cera Fischer-Tropsch (FT), el aceite crudo pesado o el bitumen en un producto mejorado que tiene una menor viscosidad y un menor punto de fluidez en el que el producto puede transportarse en camiones, vagones ferroviarios y oleoductos sin calefacción. La presente invención también puede usarse para convertir otras materias primas que incluyen el aceite de esquisto, las fracciones de aceite de petróleo, los crudos sintéticos y las mezclas de los mismos. El proceso resulta en un aumento significativo del rendimiento del destilado (<650 °F o <343 °C) y una reducción del VGO y el contenido de residuos (>650 °F o >343 °C). El proceso se basa en un sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad que craquea selectivamente ceras de parafina de alto peso molecular en agua supercrítica para minimizar la formación de coque y gas. La energía del efluente del reactor se emplea para separar la fracción destilada de la materia prima y el efluente del reactor de la fracción pesada no reaccionada y virgen que se mejora aún más en el sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad. La operación de esta manera resulta en una alta eficiencia energética, la conversión en condiciones relativamente suaves, altos rendimientos de producto y un sistema de reactor de alta velocidad más pequeño, ya que se diseña para tratar solo una fracción de la materia prima virgen. Otras ventajas de procesar solo la fracción pesada de la materia prima de alto punto de fluidez incluyen la reducción del tamaño del equipo de alta presión, la reducción del tamaño del equipo de desasfaltado (si se requiere), la eliminación de la necesidad de destilación al vacío, el bajo consumo de energía, la baja generación de gas combustible y desechos y la mejora de la separación de aceite/agua, lo que permite la máxima recuperación y reutilización del agua.

Se hace referencia ahora a la Figura 1, en donde la materia prima virgen de alto punto de fluidez que exhibe un bajo residuo de carbono Conradson (CCR) (es decir, menos del 0,5 %) se combina directamente con el efluente de los fondos mejorados del sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad en un sistema de separación o columna rectificadora. En esta modalidad, la energía del efluente del reactor se transfiere directamente a la materia prima virgen para vaporizar la fracción destilada y enfriar el efluente del reactor para condensar la fracción pesada. La fracción destilada de la materia prima virgen y la fracción destilada de la fracción pesada mejorada se recuperan en la corriente superior. La fracción pesada (>650 °F o >343 °C) de la materia prima virgen y la fracción pesada que queda después de la conversión en el sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad se recuperan en la corriente de fondo. Ya que la fracción pesada no craqueada se recicla al reactor de alta velocidad, se proporciona un mecanismo para eliminar una pequeña corriente de deslizamiento de los compuestos refractarios de la fracción pesada para evitar la acumulación de estos compuestos en el proceso. La corriente de deslizamiento se combina con la fracción destilada para formar el producto mejorado. Los beneficios del enfoque de contacto directo incluyen: 1) la transferencia de calor directa en el sistema de separación y la correspondiente reducción en los requisitos del intercambiador de calor; 2) el reciclaje de las ceras de parafina de alto peso molecular no craqueadas al reactor hidrotérmico de alta velocidad; 3) unas condiciones de operación menos severas como resultado del reciclaje del producto no craqueado; y 4) un alto rendimiento de destilado y un bajo rendimiento de gas y VGO.

En la Figura 3, solo la materia prima virgen de bajo CCR se divide en la columna rectificadora en una fracción destilada y una fracción pesada que luego se alimenta directamente al sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad. La materia prima se calienta indirectamente mediante el intercambio de calor con otras corrientes del proceso. El efluente del reactor hidrotérmico de alta velocidad se enfría, se separa del gas combustible y el agua y se combina en su totalidad con la fracción destilada para formar un producto mejorado. Los beneficios del enfoque de contacto indirecto incluyen: 1) un reactor de alta velocidad y sistemas de separación más pequeños; 2) un diseño y operación simplificados; y 3) un bajo número de bromo de la fracción pesada que reducirá la velocidad de formación de coque en el sistema de reactor de alta velocidad.

Las Figuras 2 y 4 se dirigen a materias primas que exhiben un alto CCR (es decir, mayor que el 0,5 %). El CCR proporciona una indicación de la propensión relativa a la formación de coque de las materias primas de hidrocarburos. Las materias primas que exhiben un alto CCR deben procesarse para reducir el CCR antes de su procesamiento en equipos de alta temperatura: hornos de combustión, intercambiadores de calor, etc. El CCR puede reducirse mediante desasfaltado convencional con solventes o la destilación al vacío. Ambos procesos resultan en una pequeña corriente de deslizamiento alta en compuestos de asfaltenos. Esta corriente puede añadirse al producto mejorado en dependencia de las especificaciones del producto y la calidad de la materia prima.

Se hace referencia ahora a la Figura 1, que muestra una vista esquemática del proceso de reducción del punto de fluidez, generalmente indicado como 100, de acuerdo con la invención, para convertir materia prima de alto punto de fluidez y bajo CCR en un producto mejorado. El proceso incluye proporcionar una materia prima orgánica de alto punto de fluidez 102. La materia prima cruda 102 puede alimentarse a un tanque de igualación 104. Generalmente, un tanque de igualación actúa como un tanque de retención que permite la igualación del flujo de la materia prima. Un tanque de igualación también puede actuar como una operación de acondicionamiento donde la temperatura de la materia prima se controla para mantener las características de flujo adecuadas. La materia prima de alto punto de fluidez 106 sale del tanque de igualación 104 y se alimenta a la bomba 108 para formar una corriente de alimentación presurizada 110 a una presión suficiente para evitar la formación de hidrocarburos gaseosos durante el calentamiento subsecuente. La corriente de alimentación presurizada 110 puede calentarse mediante un dispositivo de calentamiento, tal como un intercambiador de calor 112 para formar una corriente de alimentación calentada 114 que puede calentarse aún más mediante un intercambiador de calor de alimentación-efluente 116 para formar una corriente adicional de alimentación calentada 118. Puede apreciarse que la corriente de alimentación presurizada 110 y la corriente de alimentación calentada 114 pueden calentarse mediante cualquier proceso o dispositivo conocido y pueden incluir el intercambio con otras corrientes de proceso para optimizar la eficiencia térmica general.

La corriente adicional de alimentación calentada 118 de la materia prima de alto punto de fluidez se alimenta entonces a través de una válvula de control de presión o dispositivo de despresurización 120 para formar una corriente despresurizada calentada 122 que se alimenta entonces a un sistema de separación. Para los propósitos de la presente descripción, el sistema de separación se denominará columna de rectificación o rectificadora y se designará mediante los números de referencia 124, 224, 324 y/o 424 a lo largo de la descripción y los dibujos. Sin embargo, puede apreciarse que el sistema de separación puede comprender al menos uno de uno o más tanques de destello, una o más columnas rectificadoras, una o más columnas de destilación o cualquiera de sus combinaciones. Adicionalmente, el sistema de separación de la presente descripción opera a una presión positiva neta de 2 psig (0,014 MPa) a 30 psig (20,68 MPA).

Con referencia continua a la Figura 1, la columna de rectificación 124 produce una fracción destilada 170 y una fracción pesada 126. La fracción destilada 170 se enfría y condensa en el condensador 172 para formar un producto destilado condensado y enfriado 174. El producto destilado 174 se alimenta a uno o más separadores. El producto destilado enfriado 174 se separa en un separador gas-líquido (GLS) 176 en un gas combustible 178 y una corriente de aceiteagua 180 que se alimenta a un separador de aceite-agua 182. El separador de aceite-agua 182 produce una corriente de agua de proceso 190, un reflujo de destilado 184 y un producto destilado 186. Las condiciones de la columna de rectificación se controlan para producir un producto destilado que, cuando se mezcla con la fracción de fondo 162 del tanque de destello 160 (descrito a continuación), resulta en un producto mejorado que cumple con el punto de fluidez y las características de flujo requeridas. La corriente de agua de proceso 190 puede reciclarse a un tanque de igualación de alimentación de agua 192. La alimentación de agua 194 sale del tanque de igualación 192 y se alimenta a la bomba 196 donde se presuriza para formar una corriente de agua de alta presión 198. La fracción pesada o producto de fondo 126 de la columna rectificadora 124 se presuriza mediante la bomba 136 para formar una corriente presurizada 138 y se combina con la corriente de agua a alta presión 198 para formar una fracción pesada y una corriente de alimentación presurizada de agua 140. Mientras que pueden emplearse dispositivos de mezcla convencionales, tal como válvulas de mezcla y elementos de mezcla estáticos, las fases de aceite y agua son completamente miscibles en las condiciones de operación del proceso. La fracción pesada y la corriente de alimentación presurizada de agua 140 pueden calentarse aún más mediante el intercambiador de calor 142 para formar una corriente de alimentación calentada que se alimenta al sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad (o reactor de alta velocidad) 146.

Un ejemplo de un reactor hidrotérmico de alta velocidad 146 que puede usarse es el reactor de alta velocidad descrito en la solicitud US 14/060,225. El reactor de alta velocidad 146 se diseña para mejorar la dinámica de los fluidos del reactor y lograr temperaturas de operación más altas, tales como temperaturas de operación de entre 400 y 700 °C (752 °F y 1292 °F), o entre 400 y 600 °C (752 °F y 1112°F) o incluso entre 450 °C y 550 °C (842 °F y 1022 °F). Debido a que el reactor de alta velocidad 146 opera a temperaturas mucho más altas que los sistemas de la técnica anterior, la velocidad de reacción aumenta considerablemente y el tiempo de residencia y el tamaño del reactor se reducen. Sin embargo, a medida que aumenta la temperatura de reacción, también aumenta el potencial de formación de coque y de gasificación. El reactor de alta velocidad 146 mitiga los efectos de la operación a alta temperatura al emplear una combinación de características. Una de estas características incluye la gestión de la concentración de agua para mitigar la formación de coque. El reactor de alta velocidad 146 utiliza relaciones de volumen de agua a orgánico entre 1:100 y 1:1, tal como entre 1:10 y 1:1, y en la presente invención, la relación en peso de agua a aceite se encuentra entre 1:20 y 1:1, tal como entre 1:10 y 1:2. El reactor de alta velocidad típicamente usa un calentamiento rápido de los contenidos para lograr la temperatura de reacción y la alta presión para mitigar el craqueo excesivo y la formación de gas (tal como una presión de reacción en el intervalo de 1500-6000 psig (10,34 - 41,37 MPa), tal como en el intervalo de 2000 psig (13,79 MPa) a 3500 psig (24,13 MPa) o en el intervalo de 3000 psig (20,68MPa) y 4000 psig (27,58 MPa). El reactor de alta velocidad 146 también utiliza la característica de flujo turbulento para optimizar la mezcla, maximizar la transferencia de calor, minimizar el ensuciamiento del reactor y suspender los sólidos que se forman o precipitan. Otra característica más incluye el uso de un tiempo de residencia corto para minimizar el craqueo secundario y la formación de coque. Pueden emplearse tiempos de residencia superficial de 1 a 120 segundos o incluso menos de 1 minuto. Puede emplearse un enfriamiento rápido para minimizar el craqueo secundario, la formación de coque, las reacciones secundarias indeseables y la corrosión. El enfriamiento puede lograrse mediante la adición de agua o, en la presente invención, el enfriamiento puede lograrse mediante la adición de una materia prima de alto punto de fluidez.

El reactor de alta velocidad 146 opera a una temperatura que aumenta las velocidades de craqueo, isomerización, reformación, deshidrociclación y desalquilación y logra un tiempo de residencia muy corto, pero a una temperatura mucho menor que la utilizada en los reactores de craqueo al vapor convencionales. Al operar a menores temperaturas que los reactores de craqueo al vapor convencionales, la presente invención minimiza la formación de gas y coque. Puede apreciarse que las condiciones de conversión óptimas dependen de la calidad de la materia prima y las condiciones de operación pueden variarse para lograr el rendimiento y la química del producto deseado. Por ejemplo, cuando se procesan materias primas de alto peso molecular, las condiciones de operación pueden variarse para maximizar el rendimiento de diésel, queroseno o nafta, o para controlar el grado de ciclación y aromatización.

El reactor de alta velocidad 146 puede ser un reactor tubular, con el diámetro interior del tubo o tubos diseñado para mantener un flujo turbulento de la mezcla a lo largo de una zona de reacción. El flujo turbulento ocurre con un alto número de Reynolds, es decir, la medida de la relación entre la fuerza de inercia y las fuerzas viscosas, y se encuentra dominado por las fuerzas de inercia, que tienden a producir remolinos caóticos, vórtices y otras inestabilidades del flujo. Un alto número de Reynolds resulta en una alta velocidad de transferencia de calor, una mezcla íntima y reduce la velocidad de ensuciamiento del reactor. Se usa una combinación de un tiempo de residencia corto y un alto número de Reynolds (Re) dentro del intervalo de 2000-100000 o incluso mayor que 100000 a lo largo de la zona de reacción.

En el sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad 146, las moléculas de parafina de alto peso molecular se craquean hidrotérmicamente en moléculas más pequeñas que exhiben un menor punto de fluidez y una menor viscosidad. El producto pesado mejorado o efluente del reactor 148 se alimenta a través de una válvula de control de presión 150 donde forma un efluente del reactor despresurizado 152. El efluente del reactor despresurizado 152 pasa a través de un sistema de filtro 154 que puede consistir en sistemas de filtración convencionales, o simplemente un tambor de extracción. Un efluente del reactor filtrado 156 se enfría parcialmente en el intercambiador de calor 116 para producir una corriente de efluente del reactor 158 parcialmente enfriada. La corriente de efluente del reactor 158 se alimenta entonces a un tanque de destello 160 donde una porción de vapor 168 del efluente del reactor 158 se alimenta a la columna rectificadora 124 y la porción inferior líquida 162 del efluente del reactor 158 se enfría mediante el intercambiador de calor 164 para formar el efluente del reactor enfriado 166 que se combina entonces con el producto destilado 186 para formar un producto mejorado 188. De acuerdo con una modalidad, el sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad 146 es capaz de transferir una cantidad predeterminada de energía al producto pesado 144 (tal como calor y presión) de manera que cuando el producto pesado mejorado o el efluente del reactor 148 se alimenta en el sistema de separación 124, la cantidad predeterminada de energía (es decir, el efluente del reactor 148 se suministra a esta temperatura y presión predeterminadas) es suficiente para efectuar o suministrar suficiente energía a la columna de rectificación 124 para provocar la separación de la fracción destilada 170 y la fracción pesada 126. Puede apreciarse que la proporción de vapor del efluente del reactor 168 y los fondos líquidos 162 pueden controlarse mediante el control de la cantidad de calor que se elimina por el intercambiador de calor 116. También puede apreciarse que la porción de fondos líquidos 162 proporciona una corriente de deslizamiento para eliminar los compuestos refractarios pesados de la corriente de efluente del reactor 158 y que el volumen y las propiedades de los fondos 162 pueden controlarse para cumplir con las especificaciones del producto mejorado.

Se hace referencia ahora a la Figura 2, que muestra una vista esquemática del proceso de conversión de crudo de alto punto de fluidez, que se indica generalmente como 200, para convertir la materia prima 202 de alto CCR en un producto mejorado, que se configura para abordar las materias primas que exhiben altos niveles de CCR provocados por constituyentes, tal como los asfaltenos o las resinas. La fracción pesada 226 de la columna rectificadora 224 se alimenta a un sistema de desasfaltado 230 para producir la fracción pesada 234 que exhibe concentraciones reducidas de asfaltenos y resinas. El sistema de desasfaltado 230 puede componerse de sistemas convencionales de desasfaltado con solventes o de destilación al vacío. Ambos procesos resultan en una pequeña corriente de deslizamiento 232 que contiene altos niveles de asfaltenos. La corriente de deslizamiento 232 puede producirse como un subproducto separado que puede usarse como un componente de mezcla de asfalto o como materia prima de coquización. Alternativamente, puede añadirse la corriente de deslizamiento 232 al producto mejorado (no se muestra), siempre y cuando puedan cumplirse las especificaciones del producto.

Con referencia continua a la Figura 2, el proceso 200 incluye proporcionar la materia prima 202 de alto CCR a un tanque de igualación 204. La materia prima de alto punto de fluidez 206 sale del tanque de igualación 204 y se alimenta entonces a la bomba 208 para formar una corriente de alimentación presurizada 210 a una presión suficiente para evitar la formación de hidrocarburos gaseosos durante el calentamiento subsecuente. La corriente de alimentación presurizada 210 puede calentarse mediante un dispositivo de calentamiento, tal como un intercambiador de calor 212 para formar una corriente de alimentación calentada 214 que puede calentarse aún más mediante un intercambiador de calor de alimentación-efluente 216 para formar una corriente adicional de alimentación calentada 218. Como se indicó anteriormente, puede apreciarse que la corriente de alimentación presurizada 210 y la corriente de alimentación calentada 214 pueden calentarse mediante cualquier proceso o dispositivo conocido y pueden incluir el intercambio con otras corrientes de proceso para optimizar la eficiencia térmica general.

La corriente adicional de alimentación calentada 218 de la materia prima de alto punto de fluidez se alimenta entonces a través de una válvula de control de presión o dispositivo de despresurización 220 para formar una corriente despresurizada calentada 222 que se alimenta entonces a la columna de rectificación o rectificadora 224. La columna de rectificación 224 produce una fracción destilada 270 y una fracción pesada 226. Como se describió anteriormente, la fracción pesada 226 se alimenta al sistema de desasfaltado 230 para producir la fracción pesada 234 que exhibe concentraciones reducidas de asfaltenos y resinas. La fracción destilada 270 se enfría y condensa en el condensador 272 para formar un producto destilado enfriado condensado 274. El producto destilado enfriado 274 se alimenta a un separador gas-líquido (GLS) 276 en donde se separa en un gas combustible 278 y una corriente de aceite/agua 280, que se alimenta a un separador de aceite/agua 282. El separador de aceite/agua 282 produce una corriente de agua de proceso 290, un reflujo destilado 284 y un producto destilado 286. Las condiciones de la columna de rectificación 224 se controlan para producir un producto destilado que, cuando se mezcla con la fracción de fondos 262 del tanque de destello 260, resulta en un producto mejorado que cumple con el punto de fluidez y las características de flujo requeridas. La corriente de agua de proceso 290 puede reciclarse a un tanque de igualación de alimentación de agua 292. La alimentación de agua 294 sale del tanque de igualación 292 y se alimenta a la bomba 296 donde se presuriza para formar una corriente de agua a alta presión 298. La fracción pesada 234 del sistema de desasfaltado 230 se presuriza por la bomba 236 para formar una corriente presurizada 238 y se combina con la corriente de agua a alta presión 298 para formar una fracción pesada y una corriente de alimentación presurizada de agua 240. La corriente de alimentación presurizada puede calentarse aún más mediante el intercambiador de calor 242 para formar una corriente de alimentación calentada 244 que se alimenta al sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad 246.

Como se describió anteriormente, en el sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad 246, las moléculas de parafina de alto peso molecular se craquean hidrotérmicamente en moléculas más pequeñas que exhiben un menor punto de fluidez y una menor viscosidad. El efluente del reactor 248 se alimenta a través de una válvula de control de presión 250 donde forma un efluente del reactor despresurizado 252. El efluente del reactor despresurizado 252 pasa a través de un sistema de filtro 254 que puede consistir en sistemas de filtración convencionales, o simplemente un tambor de extracción para formar un efluente del reactor filtrado 256. El efluente del reactor filtrado 256 se enfría parcialmente en el intercambiador de calor 216 para producir una corriente de efluente del reactor 258 parcialmente enfriada. La corriente de efluente del reactor 258 se alimenta entonces al tanque de destello 260 donde la porción de vapor 268 del efluente del reactor se alimenta a la columna rectificadora 224 y la porción de fondos líquidos 262 del efluente del reactor 258 se enfría mediante el intercambiador de calor 264 para formar efluente del reactor enfriado 266 que se combina entonces con el producto destilado 286 para formar el producto mejorado.

Se hace referencia ahora a la Figura 3, que muestra una vista esquemática del proceso y sistema de reducción del punto de fluidez, no de acuerdo con la invención, que se indica generalmente como 300 para convertir las materias primas de alto punto de fluidez y bajo CCR en un producto mejorado. La materia prima virgen 302 de bajo CCR se alimenta a un tanque de igualación 304 para formar la materia prima de alto punto de fluidez 306, que se alimenta entonces a la bomba 308 para formar una corriente de alimentación presurizada 310, precalentada en el sistema intercambiador de calor 312 para formar una corriente de alimentación calentada 314, que se calienta aún más en el intercambiador de calor 316 para formar una corriente adicional de alimentación calentada 318 y que se alimenta a través de una válvula de control de presión 320, que produce una corriente de materia prima 322 que se alimenta a la columna rectificadora 324. La corriente de materia prima 322 se divide en una fracción destilada 370 y una fracción pesada 326. La fracción destilada 370 se alimenta a través del intercambiador de calor 372 para formar la corriente 374, que se alimenta subsecuentemente a través de un condensador o acumulador 376 para formar gas combustible 378. Una primera porción o corriente de reflujo 380 del gas combustible 378 se retroalimenta entonces a la columna rectificadora 324 para aumentar la separación de las fases en ella y una segunda porción o fracción destilada 382 se combina con el efluente del reactor 386 para formar el producto mejorado 388. La fracción pesada 326 se presuriza por la bomba 336 para formar una alimentación presurizada 338 que se combina con una corriente de alimentación de agua a alta presión 398 para formar una fracción pesada y una corriente de alimentación presurizada de agua 340. La fracción pesada y la corriente de alimentación presurizada de agua 340 pueden calentarse aún más mediante el intercambiador de calor 342 para formar una corriente de alimentación calentada 344 que se alimenta al sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad 346.

Un efluente del reactor 348 se alimenta a través de una válvula de control de presión 350 donde forma un efluente del reactor despresurizado 352. El efluente del reactor despresurizado 352 pasa a través de un sistema de filtro 354 que puede consistir en sistemas de filtración convencionales, o simplemente un tambor de extracción. El efluente del reactor filtrado 356 puede enfriarse en el intercambiador de calor 316 para producir una corriente de efluente del reactor parcialmente enfriada 358 que puede enfriarse aún más mediante el intercambiador de calor 360. Puede apreciarse que hay suficiente calor disponible en la corriente de efluente del reactor 356 para proporcionar energía para la operación de la columna de rectificación 324. También puede apreciarse que la recuperación de calor puede incluir el intercambio con otras corrientes de proceso para optimizar la eficiencia térmica general.

El efluente del reactor enfriado 362 se alimenta al separador de gas-líquido 364 para separar un gas combustible 366 de una fracción líquida 368 que se alimenta entonces a un separador de aceite-agua 383 para separar el agua 390 del efluente del reactor 386. El agua procesada 390 puede reciclarse al tanque de igualación de agua 392. Una alimentación de agua 394 sale del tanque de igualación 392 y se alimenta a la bomba 396 para formar la corriente de alimentación de agua a alta presión 398. El efluente del reactor 386, que es la fracción de fondo mejorada, se combina con la fracción destilada 382 para formar el producto mejorado 388.

Se hace referencia ahora a la Figura 4, que muestra una vista esquemática del proceso y sistema de conversión de crudo de alto punto de fluidez, no de acuerdo con la invención, que se indica generalmente como 400 para convertir la materia prima de alto CCR 402 en un producto mejorado, que se configura para abordar las materias primas que exhiben altos niveles de CCR provocados por constituyentes, tal como los asfaltenos o las resinas. La fracción pesada 426 de la columna rectificadora 424 se alimenta a un sistema de desasfaltado 430 para producir una fracción pesada 434 que exhibe concentraciones reducidas de asfaltenos y resinas. El sistema de desasfaltado 430 puede componerse de sistemas convencionales de desasfaltado con solvente o de destilación al vacío. Ambos de estos procesos resultan en una pequeña corriente de deslizamiento 432 que contiene altos niveles de asfaltenos. La corriente de deslizamiento 432 puede producirse como un subproducto separado que puede usarse como un componente de mezcla de asfalto o como materia prima de coquización. Alternativamente, la corriente de deslizamiento 432 puede añadirse al producto mejorado 488, siempre y cuando puedan cumplirse las especificaciones del producto.

Con referencia continua a la Figura 4, el proceso y el sistema 400 incluyen proporcionar una materia prima 402 de alto CCR en un tanque de igualación 404. La materia prima de alto punto de fluidez 406 sale del tanque de igualación 404 y se alimenta entonces a la bomba 408 para formar una corriente de alimentación presurizada 410 a presión suficiente para evitar la formación de hidrocarburos gaseosos durante el calentamiento subsecuente. La corriente de alimentación presurizada 410 puede calentarse mediante un dispositivo de calentamiento, tal como un intercambiador de calor 412 para formar una corriente de alimentación calentada 414 que puede calentarse aún más mediante un intercambiador de calor de alimentación-efluente 416 para formar una corriente adicional de alimentación calentada 418. Como se indicó anteriormente, puede apreciarse que la corriente de alimentación presurizada 410 y la corriente de alimentación calentada 414 pueden calentarse mediante cualquier proceso o dispositivo conocido y pueden incluir el intercambio con otras corrientes de proceso para optimizar la eficiencia térmica general.

La corriente adicional de alimentación calentada 418 de la materia prima de alto punto de fluidez se alimenta entonces a través de una válvula de control de presión o dispositivo de despresurización 420 para formar una corriente despresurizada calentada 422 que se alimenta entonces a la columna de rectificación 424. La columna de rectificación 424 produce una fracción destilada 470 y una fracción pesada 426. Como se describió anteriormente, la fracción pesada 426 se alimenta al sistema de desasfaltado 430 para producir la fracción pesada 434 que exhibe concentraciones reducidas de asfaltenos y resinas. De manera similar al sistema 200 que se muestra en la Figura 2, el sistema de desasfaltado 430 puede componerse de sistemas convencionales de desasfaltado con solventes o destilación al vacío y ambos de estos procesos resultan en una pequeña corriente de deslizamiento 432 que contiene altos niveles de asfaltenos. La corriente de deslizamiento 432 puede producirse como un subproducto separado que puede usarse como un componente de mezcla de asfalto o como materia prima de coquización. Alternativamente, la corriente de deslizamiento 432 puede añadirse al producto mejorado 488, siempre y cuando puedan cumplirse las especificaciones del producto.

Una fracción destilada 470 se enfría y condensa en el condensador 472 para formar un producto destilado enfriado condensado 474. El producto destilado enfriado 474 entra en un condensador o acumulador 476 para formar gas combustible 478. Una primera porción o corriente de reflujo 480 del gas combustible 478 se retroalimenta entonces a la columna rectificadora 424 para aumentar la separación de las fases en ella y una segunda porción o fracción destilada 482 se combina con el efluente del reactor 486, como se describe con más detalle a continuación, para formar el producto mejorado 488.

La fracción pesada 434 del sistema de desasfaltado 430 se presuriza por la bomba 436 para formar una corriente presurizada 438 y que se combina con una corriente de agua a alta presión 498 para formar una fracción pesada y una corriente de alimentación presurizada de agua 440. La corriente de alimentación presurizada puede calentarse aún más mediante el intercambiador de calor 442 para formar una corriente de alimentación calentada 444 que se alimenta entonces al sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad 446.

Un efluente del reactor 448 se alimenta a través de una válvula de control de presión o dispositivo de despresurización 450 donde forma un efluente del reactor despresurizado 452. El efluente del reactor despresurizado 452 pasa a través de un sistema de filtro 454 que puede consistir en sistemas de filtración convencionales, o simplemente un tambor de extracción para formar un efluente del reactor filtrado 456. El efluente del reactor filtrado 456 puede enfriarse parcialmente en el intercambiador de calor 416 para producir una corriente de efluente del reactor parcialmente enfriada 458. La corriente de efluente del reactor 458 se alimenta entonces a un intercambiador de calor 460 donde se enfría aún más. El efluente del reactor enfriado 462 se alimenta a un separador de gas-líquido 464 para separar el gas combustible 466 de la fracción líquida 468 que se alimenta entonces a un separador de aceite-agua 483 para separar el agua 490 del efluente del reactor 486. El agua de proceso 490 puede reciclarse al tanque de igualación de agua 492. Una alimentación de agua 494 sale del tanque de igualación 492 y se alimenta a la bomba 496 para formar la corriente de alimentación de agua a alta presión 498 que se combina con una corriente presurizada 438 de la fracción pesada 434 del sistema de desasfaltado 430. El efluente del reactor 486, que es la fracción de fondo mejorada, se combina con la fracción destilada 482 para formar el producto mejorado 488.

Ejemplos

Ejemplo 1 - Reducción del punto de fluidez del aceite crudo de cera amarilla (no de acuerdo con la invención)

El aceite crudo de cera amarilla de la cuenca de Uinta en Utah fue la materia prima para una demostración piloto del proceso de reducción del punto de fluidez de acuerdo con el sistema que se representa en la Figura 3. La materia prima de cera amarilla exhibió un bajo CCR, un punto de fluidez de aproximadamente 43 °C (109 °F) y una gravedad específica de 0,815 (gravedad API = 42,1). La Tabla 1 proporciona la composición aproximada de la materia prima por puntos de ebullición. La fracción que destilaba más abajo de 343 °C (650 °F) fue aproximadamente el 40 % de la alimentación de crudo y representaba la fracción destilada de bajo punto de fluidez que no requería la reducción del punto de fluidez. La fracción que hirvió por encima de los 343 °C fue aproximadamente el 60 % de este crudo y representó la fracción pesada que requirió la reducción del punto de fluidez a través de la conversión en el sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad.

Tabla 1. Composición de la materia prima de cera amarilla

Para este ejemplo, se configuró un sistema piloto de flujo continuo, como se muestra en la Figura 3. En esta configuración, la materia prima (corriente 322) se fraccionó en fracciones destilada (370) y pesada (326) y la fracción pesada se alimentó al sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad (346). La fracción destilada enfriada (382) y la fracción pesada enfriada mejorada (386) se recombinaron entonces para formar el producto mejorado (388). La capacidad de procesamiento nominal del sistema piloto fue de aproximadamente 5 bbl/día (795 L/día). La columna de destilación para este proceso fue una columna parcialmente empacada, de 6 pulgadas (15,24 cm) de diámetro por 8 pies (244 cm) que operaba con reflujo para mejorar la separación del destilado y las fracciones pesadas. Esta columna separó efectivamente las dos fracciones de acuerdo con los datos de destilación simulada que se muestran en la Tabla 2, realizada en un cromatógrafo de gases que indica la temperatura a la que destiló cada fracción. Los datos de la Tabla 2 demuestran que la fracción destilada contenía principalmente productos ligeros (ebullición a 343 °C y más abajo), mientras que la fracción pesada contenía principalmente productos pesados (ebullición a 324 °C y por encima).

Tabla 2. Resultados de la destilación simulada para fracciones destiladas y pesadas

En la Tabla 3 se proporciona un resumen de los regímenes de flujo de la corriente del proceso y las condiciones de operación del sistema. En este ejemplo, la fracción pesada real fue aproximadamente el 6o % (vol.) de la alimentación. La relación de volumen de agua a aceite en la alimentación combinada (344) fue de 0,31. La relación en peso equivalente de agua a aceite fue de 0,375.

Tabla 3. Resumen de las condiciones de operación

La Tabla 4 proporciona un resumen que compara las propiedades de la alimentación de cera amarilla y el producto mejorado.

Tabla 4. Propiedades de la materia prima y el producto mejorado

La fracción de VGO de la alimentación de cera amarilla se redujo de aproximadamente el 60 % a solo un 10 % en el producto mejorado. La fracción de queroseno/diésel se incrementó desde aproximadamente el 32 % en la alimentación de cera amarilla a aproximadamente el 57 % en el producto mejorado. Lo que es más importante, el punto de fluidez de la alimentación de cera amarilla se redujo de aproximadamente 43 °C a menos de 0 °C. Puede apreciarse que, para cualquier materia prima dada, la proporción de fracciones destiladas y pesadas y las condiciones de operación del reactor hidrotérmico de alta velocidad pueden manipularse para producir un producto mejorado que exhibe cualquier punto de fluidez deseado.

Además, la reducción del punto de fluidez puede alcanzarse con una pérdida de rendimiento limitada. En el Ejemplo 1, la pérdida de rendimiento del producto líquido debido a la producción de gas combustible (200 SCFB) equivalía a aproximadamente el 7 % en peso de la materia prima. Sin embargo, ya que la gravedad específica de la materia prima fue de 0,815 y la gravedad específica del producto fue de 0,77, el rendimiento real fue de aproximadamente el 98,4 % en volumen.

Ejemplo 2 - Reducción del punto de fluidez del aceite crudo de cera amarilla

El aceite crudo de cera amarilla de la cuenca de Uinta en Utah fue la materia prima para una demostración piloto del proceso de reducción del punto de fluidez de acuerdo con el sistema que se representa en la Figura 1. La materia prima de cera amarilla exhibió un bajo residuo de carbono de Conradson (CCR), un punto de fluidez de aproximadamente 40 °C (104 °F) y una gravedad específica de 0,782 (gravedad API = 49,4). La Tabla 5 proporciona la composición aproximada de la materia prima por punto de ebullición. La fracción que destilaba más abajo de 343 °C (650 °F) fue aproximadamente el 44,8 % de la alimentación de crudo y representaba la fracción destilada de bajo punto de fluidez que no requería la reducción del punto de fluidez. La fracción que hirvió por encima de los 343 °C (650 °F) fue aproximadamente el 55,2 % de este crudo y representó la fracción pesada que requirió la reducción del punto de fluidez a través de la conversión en el sistema del reactor hidrotérmico de alta velocidad.

Tabla 5. Composición de la materia prima de cera amarilla

____________________

Se configuró un sistema piloto de flujo continuo, como se muestra en la Figura 1. En esta configuración, la materia prima (corriente 122) se coalimentó con la fracción pesada mejorada (168) en la columna de rectificación (124) para producir una fracción destilada (170) y una fracción pesada (126). La fracción destilada se enfrió, se condensó y se separó el gas combustible y el agua para producir el producto destilado primario (186). El producto destilado representa la fracción destilada de la materia prima y la fracción destilada del producto de fondo mejorado. La fracción pesada (126) estaba compuesta de la fracción pesada de la materia prima y la fracción pesada del producto de fondo sin convertir. Parte de la fracción pesada del reactor de alta velocidad se produjo como una corriente de deslizamiento (162). La fracción de fondos se mezcló entonces con agua y se alimentó al sistema de reactor hidrotérmico de alta velocidad (146). La columna de rectificación (124) para este proceso era una columna parcialmente empaquetada de 6 pulgadas de diámetro por 8 pies que operaba con reflujo para mejorar la separación de las fracciones destilada y pesada.

En la Tabla 6 se proporciona un resumen de los regímenes de flujo de la corriente del proceso y las condiciones de operación del sistema para el ejemplo 2. La relación de volumen de agua a aceite en la alimentación combinada (144) fue de 0,4. La relación en peso equivalente de agua a aceite fue de 0,5.

Tabla 6. Resumen de las condiciones de operación

La Tabla 7 proporciona un resumen que compara las propiedades de la alimentación de cera amarilla y el producto mejorado. La fracción de VGO de la alimentación de cera amarilla se redujo de 55,2 % a solo el 24,2 % en el producto mejorado. La fracción de queroseno/diésel aumentó del 32,2 % en la alimentación de cera amarilla al 51,2 % en el producto mejorado. Lo que es más importante, el punto de fluidez de la alimentación de cera amarilla se redujo de aproximadamente 40 °C a menos de -12 °C. Puede apreciarse que, para cualquier materia prima dada, la proporción de fracciones destiladas y pesadas y las condiciones de operación del reactor hidrotérmico de alta velocidad pueden manipularse para producir un producto mejorado que exhibe cualquier punto de fluidez deseado.

Tabla 7. Propiedades de la materia prima y el producto mejorado

Aunque la invención se ha descrito en detalle con el propósito de ilustrar en base a lo que se considera actualmente como las modalidades más prácticas y preferidas, debe entenderse que tal detalle es únicamente para ese propósito y que la invención no se limita a las modalidades descritas, sino que, por el contrario, se pretende cubrir las modificaciones y disposiciones equivalentes que se encuentran dentro del espíritu y alcance de esta descripción. Por ejemplo, debe entenderse que la presente invención contempla que, en la medida de lo posible, una o más características de cualquier modalidad pueden combinarse con una o más características de cualquier otra modalidad.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un proceso de flujo continuo para convertir una materia prima orgánica de alto punto de fluidez en un producto mejorado que comprende:

proporcionar una materia prima orgánica de alto punto de fluidez (102, 202) en donde la materia prima orgánica de alto punto de fluidez tiene una temperatura de punto de fluidez >10 °C (50 °F);

alimentar la materia prima orgánica de alto punto de fluidez en un sistema de separación (124, 224) para producir una fracción destilada (170, 270) y una fracción pesada (126, 226);

alimentar la fracción pesada (126, 226) del sistema de separación (124, 224) a un reactor hidrotérmico de alta velocidad (146, 246) que tiene un tiempo de residencia superficial de menos de un minuto que opera en condiciones de agua supercríticas y un número de Reynolds (Re) de al menos 2000 para producir una fracción pesada mejorada (148, 248);

despresurizar la fracción pesada mejorada (148, 248) que sale del reactor hidrotérmico de alta velocidad (146, 246), filtrar la fracción pesada mejorada despresurizada (152, 252),

enfriar parcialmente la fracción pesada despresurizada filtrada (152, 252) en un intercambiador de calor de alimentación-efluente (116, 216), y alimentar la fracción pesada parcialmente enfriada (158, 258) a un tanque de destello (160, 260), alimentar un porción de vapor (168, 268) del tanque de destello (160, 260) al sistema de separación (124, 224); enfriar los fondos líquidos del tanque de destello (160, 260) en un intercambiador de calor (164, 264) para formar un efluente del reactor enfriado (166, 266) y combinar el efluente del reactor enfriado (162, 262) que contiene compuestos refractarios del tanque de destello (160, 260) con la fracción destilada (170, 270) del sistema de separación (124, 224) para formar el producto mejorado (188, 288).

2. El proceso de la reivindicación 1, en donde cuando la fracción pesada mejorada se alimenta al sistema de separación, la energía transferida a la fracción pesada mejorada al salir del reactor hidrotérmico de alta velocidad es suficiente para suministrar suficiente energía al sistema de separación para separar la fracción destilada de la fracción pesada dentro del sistema de separación.

3. El proceso de la reivindicación 1, que comprende además mezclar la fracción pesada del sistema de separación con una mezcla de agua y agua-aceite para producir una mezcla de fracción pesada y alimentar la mezcla de fracción pesada al reactor hidrotérmico de alta velocidad en donde la relación de peso agua a aceite en el reactor hidrotérmico de alta velocidad se encuentra preferentemente entre 1:20 y 1:1 o entre 1:10 y 1:2; y

en donde la fracción pesada y la mezcla de aceite-agua se calienta preferentemente en el reactor hidrotérmico de alta velocidad a una temperatura entre 400 °C y 600 °C o a una temperatura entre 450 °C y 550 °C; y en donde el proceso comprende preferentemente la separación del agua de la fracción destilada o la fracción pesada mejorada para recuperar el agua para su reciclaje y combinarla con la fracción pesada; y

en donde la presión en el reactor hidrotérmico de alta velocidad se mantiene preferentemente entre 1500 psig (10342 KPa) y 6000 psig (41 368 KPa) o entre 3000 psig (20684 KPa) y 4000 psig (27579 KPa).

4. El proceso de la reivindicación 1, en donde la materia prima orgánica de alto punto de fluidez se selecciona del grupo que consiste en aceite crudo pesado, bitumen de arenas bituminosas, aceite de esquisto, aceites crudos cerosos que incluyen cera amarilla y cera negra, fracciones de aceite de petróleo, crudos sintéticos, y mezclas de los mismos, en donde los crudos sintéticos comprenden preferentemente cera del proceso Fischer-Tropsch.

5. El proceso de la reivindicación 1, en donde el sistema de separación se opera a una presión positiva neta de 2 psig (13,79 KPa) a 30 psig (206,84 KPa) y comprende al menos uno de uno o más tanques de destello, una o más columnas de rectificación, una o más columnas de destilación, o cualquiera de sus combinaciones.

6. El proceso de la reivindicación 1, que comprende además proporcionar uno o más condensadores para condensar la fracción destilada del sistema de separación para producir gas combustible y una corriente de reflujo, en donde una primera porción de la corriente de reflujo se alimenta al sistema de separación, en donde una segunda porción de la corriente de reflujo se combina preferentemente con una porción de la fracción pesada mejorada del reactor hidrotérmico de alta velocidad para producir el producto mejorado, en donde preferentemente no se producen subproductos líquidos.

7. El proceso de la reivindicación 1, que comprende además el tratamiento de la fracción pesada del sistema de separación en un proceso de desasfaltado para eliminar los precursores de coque de las materias primas que exhiben un alto residuo de carbono Conradson (CCR) antes de que la fracción pesada se alimente al reactor hidrotérmico de alta velocidad, en donde el proceso de desasfaltado comprende preferentemente uno de un proceso de desasfaltado con solvente y la destilación al vacío.

8. El proceso de la reivindicación 1, en donde el método comprende además controlar una proporción de la porción de vapor (168, 268) de la fracción pesada mejorada (148, 248) y la porción de fondos líquidos (162, 262) de la fracción pesada mejorada (148, 248) al controlar una cantidad de calor que se elimina de la fracción pesada mejorada (148, 248) al alimentar la fracción pesada mejorada (148, 248) a través de un dispositivo de despresurización, por ejemplo, una válvula de control de presión (150, 250), para formar un efluente del reactor despresurizado (152, 252).