ES2960930T3

ES2960930T3 - Método para reducir las emisiones en un puerto

Info

Publication number: ES2960930T3
Application number: ES20174821T
Authority: ES
Inventors: Mohammed Wohaibi; Tom F Pruitt
Original assignee: Mawetal LLC
Current assignee: Mawetal LLC
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2024-03-07
Anticipated expiration: 2036-10-18
Also published as: EP3529339A1; US10640718B2; CN109844075A; US20220275295A1; HRP20231566T1; EP3712610B1; EP4039780A1; MX2018014995A; US20220298434A1; ZA201805318B; US20220290062A1; KR20200128198A; PL3712610T3; US20190093026A1; KR102243784B1; CN117050777A; KR102279996B1; CN118480380A; US11434439B2; EP3712610A1

Abstract

Para la industria naviera, estos combustibles brindan soluciones a problemas técnicos pendientes desde hace mucho tiempo que hasta ahora obstaculizaban el suministro de combustibles marinos con bajo contenido de azufre en las cantidades necesarias para cumplir los objetivos mundiales de reducción de azufre. El uso de combustibles con alto contenido de azufre en el transporte marítimo se considera la mayor fuente de emisiones de SOx en el transporte a nivel mundial. Cuando los barcos en mar abierto queman combustibles pesados, baratos y de baja calidad, con alto contenido de azufre, nitrógeno y metales, los SOx, NOx y óxidos metálicos van al medio ambiente. Esta invención convierte esencialmente todo cada barril de crudo en un único combustible ultralimpio en comparación con la refinación convencional donde el crudo se corta en muchos pedazos, y cada pieza se envía por un camino de mercado separado que cumple con varias especificaciones de producto diferentes. Cuando están en el puerto, los barcos pueden utilizar estos combustibles para generar y vender electricidad a redes eléctricas terrestres para compensar el costo del combustible de una manera respetuosa con el medio ambiente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método para reducir las emisiones en un puerto

CAMPO DE LA INVENCIÓN

[0001] La invención se refiere a métodos para reducir las emisiones de acuerdo con la reivindicación 1.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

[0002] La presente descripción apunta a un gran problema ambiental, bien conocido desde hace tiempo, que no se había resuelto anteriormente, y es que cuando los buques 'en mar abierto' queman aceites pesados baratos de bajo consumo y otros residuos pesados con alto contenido de azufre, nitrógeno y metales, los óxidos de azufre, nitrógeno y los metales van al medio ambiente. Tales emisiones son mundiales, no reconociendo fronteras geográficas nacionales. Varios informes de terceros indican que ciertas emisiones globales generadas por la quema marina de combustibles tan pesados para el transporte por agua son mucho más altas que las combinadas en todo el mundo en flotas de vehículos cortos que queman gasolina y flotas de diésel. Dichas quemas marinas producen emisiones de SOx, NOx, CO2, hollín y metales nocivos. Las flotas de vehículos en tierra incluyen automóviles, camiones y otros, muchos de los cuales ahora están usando "combustibles de carretera" obligatorios que tienen un contenido de azufre muy bajo. Por lo tanto, incluso si el transporte en barcos tan grandes es eficiente en función de la 'tonelada de carga por milla' y el consumo de combustible, la realidad es que dichos barcos generan grandes emisiones.

[0003] La implementación de ciertas regulaciones clave que obligan a los buques a utilizar combustibles marinos de combustión más limpia está supeditada a la disponibilidad de cantidades suficientes de dichos combustibles. Con razón, para no imponer lo que no es posible o práctico, ni técnica ni económicamente, se necesita una solución.

[0004] Por ejemplo, la Organización Marítima Internacional (OMI), una división de las Naciones Unidas, emite regulaciones relacionadas con el transporte marítimo internacional. La OMI ha tratado de reducir las emisiones estableciendo límites de azufre más estrictos para los combustibles marítimos, al tiempo que reconoce las limitaciones técnicas. La OMI ha requerido que los combustibles marinos quemados después de 2011 en mar abierto tengan un contenido de azufre que no exceda del 3,50 % m/m (p. ej., quemados fuera de las Áreas de Control de Emisiones definidas (ECA), incluidas 200 millas náuticas de las costas de Estados Unidos, Europa y otras áreas). En 2015, la OMI revisó sus regulaciones para limitar el contenido de azufre del combustible marino a generalmente menos de 0,1 % de azufre para buques comerciales dentro de las ECA designadas.

[0005] Sin embargo, para 2020 y más adelante, la OMI volvió a reducir significativamente los límites de azufre en mar abierto a 0,50 % m/m. Sin embargo, la OMI observa que una caída tan agresiva en 2020 depende "del resultado de una revisión, que se concluirá en 2018, en cuanto a la disponibilidad del fuelóleo requerido" y sugiere un posible aplazamiento de dicha caída a 2025 si no se dispone de combustibles necesarios. Véase el Convenio sobre Contaminación Marina (MARPOL), Anexo VI, para conocer las regulaciones sobre la contaminación del aire en la industria marítima. Por lo tanto, existe una posibilidad real y significativa de que exista un problema con la falta de disponibilidad de suministro de combustibles marinos con bajo contenido de azufre y la falta de tecnología para lograr dicho suministro. A modo ilustrativo, una publicación de la industria en 2015 declaró que “existen planes para reducir el contenido de azufre permitido en los combustibles por debajo de los niveles [2014] requeridos en las Áreas de Control de Emisiones ... pero esto está a años de distancia porque la tecnología actual haría que ese coste fuera prohibitivo para muchas empresas navieras. Dicha publicación indica además que "debido a los costes adicionales y los posibles problemas mecánicos, estas regulaciones se reevalúan continuamente y se utilizan enfoques graduales para la implementación", ya que muchos motores marinos no están diseñados para manejar gasóleo con bajo contenido de azufre porque es mucho más ligero que el fuelóleo pesado y no tiene las propiedades de lubricación del fuelóleo pesado. Las compañías están utilizando varias soluciones para que funcione, como enfriar el combustible para aumentar la viscosidad o inyectar lubricante adicional en ciertas partes del motor". Un artículo publicado en Internet por Quora titulado "¿Es cierto que los 15 barcos más grandes del mundo producen más contaminación que todos los coches? por Josiah Toepfer, Oficina de CG, Auditor/Inspector de buques, Investigador de accidentes.

[0006] Otro ejemplo es que, en 2015, las regulaciones de la OMI redujeron el contenido de azufre del combustible marino a un máximo de 0,1 % de azufre para los buques comerciales dentro de las ECA designadas. Antes de entrar en las ECA, las embarcaciones deben cambiar el combustible de tanque de combustible pesado rico en azufre, pero de bajo coste y alto contenido en azufre, que se consume en alta mar, a un combustible caro y bajo en azufre, similar al gasóleo de autopista. La reducción del azufre del combustible dentro de las ECA de 1,00 % m/m (para después del 1 de julio de 2010) a 0,10 % m/m para después del 1 de enero de 2015 ha creado problemas de suministro y fijación de precios en el mercado. La producción y el suministro de dichos combustibles para uso marino para el cumplimiento normativo relacionado con la OMI compite con las necesidades de combustible destilado para aplicaciones de autopistas y otras aplicaciones de diésel en tierra y los flujos de alimentación preferidos disponibles, y también los aparatos de refinería existentes y las redes de suministro de alimentos, lejos del uso de diésel en carreteras y otros destilados con bajo contenido de azufre. Además, otros problemas técnicos surgen a bordo.

[0007] Con respecto a la disminución del contenido de azufre de la OMI en 2015 dentro de las ECA, la Guardia Costera de los Estados Unidos emitió alertas de que "los buques que usan combustibles con un contenido de azufre más alto deben cambiar a fuelóleos con un contenido de azufre ultra bajo (ULS) para cumplir" con las nuevas regulaciones. Los buques deben usar fuelóleos ULS en los tránsitos de entrada y salida, en el muelle y en cualquier momento dentro de una ECA, por lo tanto, cada barco que use un fuelóleo de mayor contenido de azufre debe desarrollar e implementar procedimientos de cambio para cambiar entre combustibles residuales y destilados antes de entrar en las ECA. La Guardia Costera advirtió además que "existen muchos otros problemas técnicos importantes relacionados con el uso de fuelóleos con muy bajo contenido de azufre y el cambio de aceite de fuelóleo que se abordan en documentos producidos por sociedades de clasificación, aseguradoras, fabricantes de motores y asociaciones industriales" y que "el contenido de energía de un volumen dado de fuelóleo ULS puede diferir del combustible residual, de modo que los ajustes de aceleración existentes pueden no dar las RPM del eje de la hélice o las cargas del generador deseadas”. Guardia Costera de los Estados Unidos, Departamento de Seguridad Nacional, Inspección y Cumplimiento 3 de marzo de 2015 Alerta de seguridad 2-15 Washington, DC, Fuelóleo con Contenido de Azufre Ultra Bajo y cumplimiento con los requisitos de MARPOL Antes de entrar y operar dentro de las Áreas de Control de Emisiones (ECA).

[0008] Una cruda realidad es que las refinerías son caras y requieren inversiones de capital significativas incluso para los que parecen cambios relativamente menores en el producto de combustible o en el aparato de producción o en la adición de operaciones unitarias. En la era de 2003, los estudios de evaluación de las refinerías europeas se realizaron anticipando las necesidades de niveles más bajos de contaminantes en los combustibles marinos y los requisitos y capacidades para producir los mismos en cantidades necesarias. Véase, por ejemplo,Advice on Marine Fuel, Potential pnce premium for 0.5%S marine fuel;Particular issues facing fuel producers in different parts of the EU;yCommentary on marine fuels market,proyecto de informe final, número de contrato ENV.C1/SER/2001/0063. Ficha n.° C1/3/2003. Comisión Europea - Dirección General de Medio Ambiente, octubre de 2003.

[0009] Dichos informes sugirieron grandes desafíos, como mayores costes o disminuciones en la utilización o eficiencia de la refinería, cuando se busca producir las cantidades necesarias de combustibles marinos adecuados en muchos países, incluso en algunos casos, la ausencia de instalaciones básicas locales cerca de los principales puertos para la fabricación y el suministro local de tales combustibles marinos, así como la ausencia de tecnología y aparatos para producir tales combustibles.

[0010] Los informes citados vieron sólo tres opciones. Una "opción de remezcla" (mezcla de combustibles pesados con combustibles con bajo contenido de azufre) se consideró la opción de menor coste para producir búnkeres con bajo contenido de azufre, aunque no era adecuada, ya que solo trataría la menor cantidad de material sin mayores costes. La opción tenía costes relativamente pequeños asociados a la logística para la remezcla de diferentes categorías de combustibles pesados que las refinerías europeas producían actualmente, pero fallaron en las cantidades.

[0011] La segunda alternativa por coste incrementado es el procesamiento de aceites crudos con bajo contenido de azufre, al reemplazar los crudos con alto contenido de azufre, como Arabian Light, que se informó que contenía un 1,8 % de azufre, por crudo con menor contenido de azufre, por ejemplo, por crudos africanos como Bonny Light, que se informó que contenía un 0,14 % de azufre en peso. Los costes incrementales estimados para búnkeres marinos incurridos por esta alternativa se consideraron cargas excesivas por las razones expuestas en los informes.

[0012] Finalmente, los informes de la era antigua mencionan una tercera opción más cara para la producción de combustibles de grado marino con bajo contenido de azufre mediante la desulfuración de residuos de vacío (VRDS). El informe concluye que "es importante señalar, sin embargo, que a diferencia del grado de desulfuración requerido para la gasolina o el diésel, el hidrotratamiento del fondo del barril (desulfuración de residuos) no es un proceso que los refinadores estén considerando implementarper se, es decir, si no va acompañado de algún tipo de conversión de residuos en productos más ligeros. No obstante, si se persiguiera el VRDS con el único objetivo de desulfurar el residuo de vacío, los costes de esta alternativa” serían aproximadamente el doble que los de la segunda alternativa y, por lo tanto, aún más inaceptables.

[0013] Para cumplir con los requisitos de la OMI con las tecnologías de la técnica anterior, un operador de un barco puede abastecerse tanto de fuelóleo con alto contenido de azufre para su uso en el mar como de fuelóleo con bajo contenido de azufre para su uso dentro de una ECA; sin embargo, esta elección puede plantear problemas con la tecnología de los motores, la lubricidad y las posibles necesidades de diferentes sistemas de inyección de combustible para operaciones óptimas y la mecánica de cambio de combustible. Un operador puede agregar un aparato de tratamiento de los humos tras la combustión, que puede ser relativamente grande, costoso y complejo de mantener en los niveles más altos de rendimiento. En algunos casos, el gas natural licuado (GNL) se puede considerar como combustible marino donde, por ejemplo, algunos transportistas de GNL pueden optar por usar 'gas de ebullición' como combustible. Sin embargo, para extender este concepto de motor de GNL a todos los buques de carga se necesitaría una amplia infraestructura de estaciones de servicio de GNL, que es muy costosa, con costes adicionales para los puertos en ubicaciones que no cuentan con suministros locales de producción de gas natural o instalaciones de licuefacción. Sin embargo, en todos los casos, el uso de LNG en lugar de líquidos conlleva un riesgo real de que se libere metano durante el reabastecimiento mediante la ventilación al reabastecerse de combustible o por la combustión incompleta, o durante las operaciones y el mantenimiento. Dicha liberación de metano es preocupante ya que algunos atribuyen al metano un impacto como gas de efecto invernadero en el medio ambiente varias veces superior al del dióxido de azufre. De manera similar, algunos afirman que se pueden lograr reducción de emisiones en aplicaciones marinas al quemar gas natural durante el transporte marítimo o mientras se está en el puerto, lo que se facilita en un puerto con una estación de acoplamiento alimentada por gas. Sin embargo, desde una perspectiva técnica general, el gas natural mantiene el problema de las fugas de metano y la combustión del gas natural reduce las emisiones de CO2, no porque libere menos CO2, sino que, en comparación con el GNL, el uso de gas natural evita las emisiones de CO2 generadas durante el procesamiento para licuar el GNL y reduce el CO2 al retirar o reemplazar el carbón para alimentar las centrales eléctricas que abastecen a los buques mientras están en el puerto. Las actividades de desarrollo que impulsan el GNL o el gas natural para reemplazar los líquidos como combustibles marinos útiles para considerar, pero no proporcionan una solución marina rentable y práctica cuando existe una falta de infraestructura mundial de gas y se necesita una nueva infraestructura de abastecimiento, cuya infraestructura de distribución de gas requiere un abundante equipamiento y capital en los puertos de los países donde no se producen suministros locales de gas.

[0014] Existe la necesidad de resolver estos problemas ambientales globales con los combustibles marinos que se reconoce que han continuado durante muchos años sin una solución técnica rentable. Además, la disponibilidad de nuevos combustibles de bajo coste fabricados por configuraciones y aparatos de procesos novedosos debería alentar a los armadores a instalar sistemas de generación de energía de propulsión de ciclo combinado altamente eficientes que tengan una mayor eficiencia sobre los motores diésel debido al uso eficiente de la recuperación del calor residual y que no tengan problema con la falta de lubricidad del combustible al igual que ocurre con muchos motores cuando utilizan diésel con un contenido de azufre ultrabajo, más caro y de suministro limitado.

[0015] Sin embargo, durante mucho tiempo ha habido una brecha en la tecnología de producción de combustibles eficaces que causa una escasez de suministro de grandes cantidades de combustibles marinos con muy bajo contenido de azufre a bajo coste. La necesidad de llenar este vacío sigue existiendo.

[0016] La División de Industria y Mercados Petroleros de La Agencia Internacional de Energía (EIA), emite notas públicas oficiales que describen los procesos y las configuraciones de los aparatos utilizados para producir combustible y describen las configuraciones, productos y márgenes de refinería convencionales. Los términos utilizados en este documento, a menos que se definan por separado o se modifiquen expresamente, tendrán el significado asignado por el "Glosario, Fuente:U.S. Energy Information Administraron(Octubre de 2016)" que se incorpora aquí para todos los fines. Las publicaciones de EIA definen y analizan las configuraciones para procesar aceites crudos, todo dividiendo cada barril de alimentación de crudo en múltiples productos para diferentes aplicaciones o procesamiento posterior.

[0017] La genética de desarrollo o crecimiento de las refinerías convencionales se basa, en cierto modo, en la evolución de la demanda de productos por parte de la sociedad, que ha pasado de los destilados básicos de queroseno para iluminación a múltiples productos como la gasolina y el diésel para vehículos, luego los combustibles de aviación, luego las materias primas para muchas aplicaciones químicas posteriores. El desarrollo técnico de la refinería parece haber evolucionado en incrementos, adaptándose para maximizar una cantidad de una determinada fracción de cada barril de crudo para un segmento concreto de mercado o para adaptar las distintas corrientes de las refinerías a la producción de productos químicos posteriores, todo mientras se mantiene la producción de múltiples productos para diferentes aplicaciones finales.

[0018] Por lo tanto, los diseños de refinería de la técnica anterior que utilizan unidades de destilación atmosférica y/o de destilación al vacío, separaciones con disolventes, hidrotratamiento, gasificación y muchas otras operaciones unitarias, dividen cada barril de alimentación de crudo en múltiples productos, cada uno con diferentes especificaciones para diferentes aplicaciones o procesos posteriores.

[0019] En el refinado convencional es contradictorio separar la alimentación en diferentes efluentes unitarios y luego recombinar todos esos efluentes. A modo de ilustración, la referencia de la EIA antes descrita define y describe la destilación atmosférica convencional o típica del petróleo crudo, la destilación al vacío, el desasfaltado con disolventes de combustible, el hidrotratamiento catalítico y la tecnología integrada de gasificación y ciclo combinado, pero no una configuración de dichos procesos para convertir sustancialmente toda la alimentación de petróleo crudo para fabricar un único combustible líquido.

[0020] Dentro del alcance de los procesos de refinación convencionales están las instalaciones de "refinado"(upgrading),"destilación atmosférica"(topping)o "destilación y reforma"(hydroskimming).Con los mejoradores de crudo, un objetivo primordial es convertir materiales normalmente muy pesados, altamente viscosos o con retención de sólidos para que puedan volver a ser procesados en refinerías convencionales existentes que procesan materiales más ligeros y fluidos para fabricar una gama completa de productos combustibles, materias primas químicas y/o coque de petróleo. Los mejoradores simplemente están convirtiendo rudo más pesado en crudo de menor densidad para alimentar refinerías convencionales que están diseñadas individualmente para tratar el azufre para cumplir con cada una de sus respectivas especificaciones de productos posteriores, y la reducción del azufre o la eliminación de metales no es un objetivo principal de los mejoradores. El objetivo es mejorar las materias primas con densidades extremadamente altas en comparación con las fuentes de crudo típicas de menor densidad. Los materiales más pesados se rechazan o se separan de las sustancias de origen, de modo que las densidades resultantes de los materiales de productos mejorados se aproximan a las densidades de los crudos procesados por las configuraciones de los equipos de refinería convencionales existentes. Con respecto a las refinerías detoppingo "mini", estas a menudo se localizan en ubicaciones remotas u en fuentes de crudo oportunistas. En general, las refineríastoppingdividen cada barril de alimentación de crudo en múltiples fracciones de ejecución sin tratar destinadas a la producción de nafta, no de gasolina, con un procesamiento posterior nulo o mínimo, excepto, en algunos casos limitados, el reformado de la nafta para el aumento del octanaje de la gasolina y el hidrotratamiento de destilados múltiples para producir una variedad de productos. Un objetivo típico de la refineríatoppinges hacer una amplia gama de productos utilizables de combustible directamente utilizables, como gasolina, queroseno, diésel y fuelóleo para el consumo de los mercados locales. En algunas prácticas indeseables detoppingy uso de sus productos o su incapacidad para tratar adecuadamente los residuos, las emisiones dañinas para el medio ambiente aumentan, no disminuyen. Con las refineríashydroskimming,el crudo se convierte en múltiples productos de forma similar a las refineríastopping,pero generalmente con la adición limitada de reformadores de nafta pesada que también generan hidrógeno que es consumido por los hidrotratadores en la producción de diésel. Las refineríashydroskimmers,al igual que las refineríastopping,generalmente producen una amplia gama de gasolina, queroseno, diésel y fuelóleo para consumo local, no solo un producto.

[0021] Se conocen en la técnica diversos aspectos de la adaptación del hidrotratamiento, como tener zonas de reactor de hidrotratamiento separadas en serie o en paralelo o tener zonas de reactor de hidrotratamiento integradas. El documento PCT/US1999/00478 (1998) publicado por Cashet al,y las referencias allí citadas, describen el hidrotratamiento integrado de alimentaciones diferentes, donde las corrientes que contienen hidrógeno y que contienen líquidos de zonas de hidrotratamiento separadas se comparten o combinan de la manera que se describe allí. Varios aspectos del uso de la separación de disolventes, para extraer aceite desasfaltado de la brea dentro de corrientes residuales pesadas, y usar el aceite desasfaltado como alimentación al hidrotratamiento, son conocidos en la técnica cuando se usan para producir múltiples corrientes de productos. Por ejemplo, la patente de EE. UU. 7,686,941 (2010) de Brierleyet al.analiza el desasfaltado con disolventes para la producción de aceite desasfaltado, sin craqueo o degradación por separación de la alimentación en función de la solubilidad en un disolvente líquido, como el propano u otro disolvente parafínico como el butano, el pentano y otros hasta e incluyendo al heptano. La brea restante contiene un alto contenido en metales y azufre. El aceite desasfaltado se puede hidrotratar para eliminar el azufre, el nitrógeno, el carbón y los metales como se describe en dicha referencia para la producción de varios productos, incluidos nafta, queroseno, diésel y un material residual.

[0022] El mercado global necesita disponer de cantidades disponibles a granel de combustibles con bajo contenido de azufre y nitrógeno y esencialmente libres de contaminantes metálicos para abordar los problemas ambientales globales en mar abierto o en ubicaciones en tierra que tengan pocos o ningún recurso de gas natural donde el fuelóleo con alto contenido de azufre o el crudo sin refinar se utiliza a baja eficiencia para la generación de energía.

[0023] Los productores de combustible necesitan diseños distintos de los que han evolucionado para el refinado convencional con el fin de producir múltiples listas de productos. Para mantener los costes bajos, los diseños deben estar equipados, con una baja inversión de capital, solo con los aparatos esenciales para producir grandes cantidades de combustibles limpios de una manera rentable y térmicamente eficiente. Los diseños deben estar orientados a producir combustible marino principalmente, no solo extraer una fracción relativamente pequeña de cada barril de crudo para combustibles marinos y no usar la mayor parte del barril para otras aplicaciones.

[0024] Lo que el mundo necesita es un proceso novedoso que "cambie las reglas del juego" y que proporcione una solución a los problemas técnicos sobre cómo producir grandes cantidades de combustibles líquidos relativamente limpios (en una forma eficiente para evitar el derroche de energía expresado en forma breve como Unidades Térmicas Británicas) (BTU) de manera económica para aplicaciones marinas. Este proceso debería requerir una infraestructura y unos costes de capital y explotación mínimos, ya que las estaciones de abastecimiento marinas de combustibles líquidos existentes (por ejemplo, las que suministran fuelóleo con alto contenido en azufre (HSFO)) distribuidas por todo el mundo se pueden usar para la distribución de dichos combustibles en lugar de tener que crear nuevas infraestructuras para el GNL. Cualquier nuevo proceso de este tipo debería ayudar direccionalmente a hacer que los BTU líquidos estén disponibles de manera rentable en comparación con el diésel con un contenido de azufre ultrabajo (ULSD) producido principalmente para uso en automóviles y camiones, un diésel que está disponible ampliamente, pero no es usado extensamente en el mar por los grandes transportistas marítimos debido a problemas de coste y lubricidad cuando el ULSD se utiliza en muchos motores diésel marinos existentes.

[0025] El método decold ironing(planchado en frío) es conocido gracias a varios documentos, como el documento CN 205544 287 U, o por J Prousalidis: "Improving the Efficiency of Ship Energy Chain within the All Electric Ship Framework" The Greek Section of The Society of Naval Architects and Marine Engineers (SNAME) Improving the Efficiency of Ship Energy Chain within the All Electric Ship Framework of Naval Architecture and Marine Engineering", 19 de septiembre de 2013, recuperado de https://higherlogicdownload.s3.amazonaws.com/SNAME/a09edl3c-b8c0-4897-9e87-eb86f500359b/UploadedImages/Presentation,%20Prousalidis,%2019%20Sept%202013.pdf.

BREVE SUMARIO DE LA INVENCIÓN

[0026] La presente invención es un método para reducir las emisiones de acuerdo con la reivindicación 1.

[0027] Tal como se utiliza en la descripción y las reivindicaciones, los términos "esencialmente libre de metales" o "sin metales" se refieren a un contenido de metales en el rango de cero a menos de 100 ppmm (partes por mil millones) o menos o un contenido que es tan bajo que es difícil de medir de forma fiable por la instrumentación en línea convencional.

[0028] En el refinado convencional, la alimentación de petróleo crudo se corta en muchas piezas, y cada pieza se envía a un mercado diferente. Al contrario, hemos descubierto que podemos convertir una cantidad máxima de cada barril de alimentación de petróleo crudo en un solo combustible ultralimpio, capturando al mismo tiempo el azufre contaminante, el nitrógeno y los metales nocivos, salvo y exceptuando las porciones de crudo que proporcionan corrientes y utilidades de proceso para dicha conversión y captura. Un proceso o sistema fuera del alcance de esta invención corta la alimentación de petróleo crudo en solo un número mínimo de piezas requeridas para la captura y control de contaminantes, luego las vuelve a ensamblar para formar un producto combustible.

[0029] Por lo tanto, un proceso o sistema fuera del alcance de esta invención es a diferencia del refinado convencional que divide cada barril de alimentación de crudo para abordar múltiples mercados como gasolinas, diésel, fuelóleos o materias primas para la producción o aplicaciones de productos químicos posteriores, los procesos fuera del alcance de esta invención apuntan a la fabricación de un solo producto de combustible limpio primario. Fuera del alcance de esta invención, se proporciona un sistema de pulido de bajo coste para aceites crudos y residuales que se necesitan para producir grandes cantidades comerciales de combustibles limpios que reemplacen los combustibles de alto contenido de azufre y otros residuos pesados utilizados en los buques de transporte comercial y sistemas de combustión de las centrales eléctricas. Fuera del alcance de esta invención, se proporcionan esos combustibles, y métodos y aparatos para fabricar tales combustibles, para reducir el azufre de una manera eficaz.

[0030] Estos procesos utilizan etapas contraintuitivas para reducir los costes de producción, al tiempo que controlan el contenido de azufre del producto final en o por debajo de los niveles objetivo de azufre de una manera sorprendentemente efectiva. Fuera del alcance de esta invención, se proporcionan métodos para convertir la cantidad máxima de cada barril de alimentación de petróleo crudo en un solo combustible ultralimpio, capturando simultáneamente el azufre contaminante, el nitrógeno y los metales nocivos durante la producción de combustible.

[0031] En muchas variaciones, esencialmente todas, caracterizadas en ciertas variaciones como noventa por ciento (90 %) por volumen o más de cada barril de alimentación se convierten en dicho combustible único, y en tales variaciones solo una cantidad mínima, siendo menos de aproximadamente diez por ciento (10 %) de cada barril de crudo se consume para utilidades de proceso y corrientes para dicha conversión y captura de contaminantes. Los procesos fuera del alcance de esta invención permiten el ajuste del porcentaje de la alimentación asignada al producto combustible y la asignada a los servicios y corrientes de proceso para la conversión y captura de contaminantes, a efectos del equilibrio de hidrógeno, la demanda local de asfalto, coque y otros productos residuales, la economía general de la producción y otras consideraciones operativas, como la disponibilidad local de combustibles de proceso y energía alternativos de menor coste. En variaciones, al menos el setenta por ciento (70 %) en volumen de cada barril de alimentación de petróleo crudo se convierte en fracciones líquidas, tratadas posteriormente o no tratadas pero combinadas, para formar sustancialmente un producto de combustible líquido, no múltiples productos de hidrocarburos, con un contenido de azufre que no exceda el contenido de azufre objetivo y la porción restante de cada barril de dicha alimentación de petróleo crudo se encuentra en residuos u otros vapores o productos.

[0032] A diferencia de la refinación convencional donde la alimentación de petróleo crudo se corta en muchas piezas, y cada pieza se envía por un camino de mercado diferente, fuera del alcance de la invención se proporciona un sistema o un método que corta la alimentación de petróleo crudo en solo un número mínimo de piezas requeridas para la captura y control de contaminantes, luego vuelve a ensamblar las piezas para formar un producto combustible con muy bajo contenido de azufre y nitrógeno, esencialmente libre de metales. Las configuraciones de procesos y aparatos fuera del alcance de esta invención permiten la producción eficiente y de bajo coste de grandes cantidades de combustibles con bajo contenido de azufre necesarios para el cumplimiento normativo en aplicaciones de turbinas marinas y terrestres a gran escala. Estas configuraciones de combustible tienen costes de capital y de operación sustancialmente más bajos que los del refinado de petróleo convencional alternativo y, por lo tanto, producen cantidades a gran escala de combustibles con muy bajo contenido de azufre, muy bajo contenido de nitrógeno y esencialmente sin metales, de una manera extremadamente rentable. Estos procesos permiten simplificar de forma muy rentable la cadena de suministro de energía desde el yacimiento petrolífero hasta el motor del barco o la central eléctrica terrestre.

[0033] Para la industria naviera, las configuraciones fuera del alcance de esta invención proporcionan combustibles marinos de bajo contenido en azufre y bajo coste en cantidades necesarias para cumplir los objetivos mundiales de reducción de azufre marino. Los métodos de producción de combustible y las disposiciones de los aparatos fuera del alcance de esta invención tienen costes de capital y de operación sustancialmente más bajos que los del refinado de petróleo crudo convencional alternativo y, por lo tanto, producen cantidades a gran escala de combustibles marinos con muy bajo contenido de azufre y esencialmente sin metales, y muy bajo contenido de nitrógeno, de una manera extremadamente rentable.

[0034] Los combustibles fuera del alcance de esta invención reemplazan los combustibles para buques pesados de baja calidad con alto contenido de azufre y metales, reducen significativamente las emisiones en mar abierto de SOx, NOx, CO2, hollín y metales nocivos. En lugar de que el azufre y los metales vayan a parar al medio ambiente al quemar el combustibles para buques, en la práctica de esta invención, el azufre, el nitrógeno y los metales se capturan y eliminan durante la producción de combustible de una manera respetuosa con el medio ambiente. Fuera del alcance de esta invención, se proporcionan ciertos combustibles alternativos con bajo contenido de azufre a un coste menor que el diésel, aunque estos combustibles tienen suficiente lubricidad para evitar el desgaste excesivo de los motores de los barcos, y estos combustibles pueden utilizar las infraestructuras de suministro combustible existentes en comparación con otras alternativas sin calentar el combustible para hacerlo fluido y por lo tanto reducir la energía consumida para calentar el combustible en tanques en tierra o en el barco.

[0035] En una variante, los combustibles fuera del alcance de esta invención también proporcionan una alternativa para la combustión de petróleo crudo o residuos pesados en grandes turbinas de combustión instaladas en tierra por empresas de servicios públicos, por ejemplo, centrales eléctrocas de ciclo único o ciclo combinado, como las que producen electricidad y agua desalinizada. Las turbinas que queman los combustibles fuera del alcance de esta invención tienen significativamente menos emisiones de NOx, SOx, CO2, hollín, metales nocivos y otros subproductos de la combustión de las turbinas, también menos corrosión de las zonas calientes o incrustaciones en condiciones de formación de cenizas, cuando se quema un crudo pesado contaminado o aceite residual de refinería, dependiendo de la fuente de alimentación.

[0036] Una divulgación fuera del alcance de esta invención se refiere a una conversión enfocada de una alimentación de hidrocarburos complejos a un único producto combustible para uso en aplicaciones de combustión, tales como motores marinos, turbinas de gas de combustión o calentadores encendidos. En una realización básica fuera del alcance de esta invención, el crudo va por delante, el combustible de un solo producto ultra limpio se devuelve con un bajo nivel de azufre controlado y nitrógeno reducido y metales eliminados. En variaciones, la alimentación a la destilación puede ser uno o más crudos, combinados con uno o más fuelóleos con alto contenido de azufre u otros aceites residuales más pesados, con la adición de aceites ligeros de formaciones compactas o fuelóleos con alto contenido de azufre, o ambos, como parte de la alimentación de la corriente a una o más de las otras operaciones unitarias como la destilación al vacío, la separación con disolventes, el hidrotratamiento o la gasificación. En diferentes usos en la técnica, al término "fuelóleo con alto contenido de azufre" o "HSFO" se le han asignado significados diferentes, a menudo distintos, contradictorios y confusos en diversos artículos técnicos, patentes y estatutos, algunos de los cuales cambian con el tiempo. Tal como se utiliza en la descripción y las reivindicaciones, "fuelóleo con alto contenido de azufre" o "HSFO" significa cualquier material utilizado como combustible con un contenido de azufre superior a 0,50 % m/m (0,5 % en peso). Tal como se usa en el presente documento, los términos "aceites pesados", "aceite residual pesado", "residuos", "residuo" u "otros aceites más pesados" incluyen materiales hidrocarbonados derivados del petróleo que tienen un contenido de azufre superior a 0,50% m/m (0,5 % en peso). El término "alto contenido de azufre" se refiere a un contenido superior al límite objetivo de azufre o al límite legal de azufre, según corresponda, el que sea inferior.

[0037] En realizaciones preferidas fuera del alcance de la invención, el contenido de azufre del combustible del producto final se controla mediante la combinación de corrientes, que tienen un contenido de azufre diferente. En variaciones, cada corriente así combinada se forma para compensar el contenido de azufre objetivo mediante el ajuste de las condiciones de operación de la unidad y los caudales, mediante el recorte de la adición o la eliminación de corrientes con un contenido de azufre muy bajo, o mediante la mezcla de alimentaciones de diferentes contenidos de azufre. Las variaciones fuera del alcance de esta invención incluyen el control de los niveles de azufre del producto mediante la alimentación opcional de un crudo seleccionado con uno o más de entre (i) otros crudos, (ii) combustibles para barcos, (iii) fuelóleos con alto contenido de azufre u otros destilados (iv) otros residuos de otras fuentes altamente contaminados con azufre o metal. Tal como se utilizan en la descripción y las reivindicaciones, los términos "esencialmente libre de metales" o "sin metales" se refieren a un contenido de metales de cero a menos de 100 ppmm (partes por mil millones) o menos o un contenido que es tan bajo que es difícil de medir de forma fiable mediante instrumentación convencional en línea.

[0038] Hemos descubierto que podemos optimizar la producción de combustibles con bajo contenido de azufre abordando diferentes distribuciones de contenido de azufre de la alimentación de crudo.

[0039] Podemos abordar (i) cuando solo ciertas porciones relativamente pequeñas de azufre en formas básicas de H2S o formas básicas de tipo tiol RSH están presentes en cierta fracción y (ii) cuando están presentes porciones relativamente altas de azufre en formas de estructura orgánica más complejas, y luego podemos ajustar las tasas de flujo del proceso y las condiciones operativas basándonos en una fracción de punto de ruptura prevista en un nivel más superior o más alto en el que el contenido de azufre comienza a aumentar más rápidamente, tal vez incluso de manera exponencial, que en niveles fraccionarios más bajos.

[0040] Hemos descubierto que podemos organizar configuraciones de procesos y aparatos para permitir la derivación del tratamiento de ciertas corrientes y maximizar esa derivación, y evitar o reducir el tratamiento de las corrientes que contienen formas básicas de azufre menos complejas y tratar las corrientes que contienen formas más complejas de manera diferente. Esto puede incluir la exclusión selectiva de la hidrodesulfuración de ciertas corrientes y, para otras corrientes, la alimentación de las mismas a diferentes hidrotratadores y el ajuste de diferentes condiciones de la unidad de hidrotratamiento o el ajuste de la eliminación por solvente y/o tratamiento químico reactivo mediante más de un disolvente u otros agentes de eliminación en una o más unidades de eliminación donde cada proporción de agentes de eliminación en cada unidad se ajusta según la distribución de azufre a cada unidad para eliminar de forma selectiva moléculas que contienen azufre menos o más complejas.

[0041] A los términos "queroseno" y "destilado ligero" a menudo se les asignan los mismos significados superpuestos o incluso diferentes en diferentes materiales de referencia, pero se definen de manera uniforme solo en función de los puntos de corte de la torre de crudo atmosférico de los intervalos de temperatura (como de 190 °C a 250 °C o 180 °C a 230 °C o cualquiera), y no se definen en función del contenido de azufre. En su lugar, se toman mediciones convenientes del contenido de azufre y se reportan en función de los intervalos de temperatura de punto de corte que se dictan por especificación para cada producto de una refinería convencional. Hemos comprobado que esto no es lo óptimo.

[0042] Hemos descubierto que podemos optimizar la reducción de los costes de la producción de combustible con bajo contenido de azufre si cambiamos la manera básica en que operan las torres de destilación de crudo. Hemos descubierto que debemos basar ciertos cortes de destilación en el contenido de azufre de la corriente lateral, reflejando el ensayo del contenido de azufre de la alimentación de crudo o de la mezcla de alimentación a la torre, no las especificaciones estándar del rango de temperatura del producto para usos históricos posteriores tales como queroseno, combustible para aviones, diésel o similares.

[0043] Hemos descubierto cómo definir el "punto de ruptura" para abordar el punto en el que el cambio (aumento en la ejecución) en el contenido de azufre por cambio en el volumen de corte unitario producido ya no es sustancialmente plano, sino que, en el punto de ruptura, a medida que la cantidad del corte aumenta ligeramente, el contenido de azufre comienza a aumentar rápidamente, o aumenta exponencialmente, como una alta tasa de cambio de aumento por unidad de ejecución. También en el punto de ruptura o después de este, dependiendo del tipo de alimento crudo, normalmente el tipo y la composición, así como la complejidad, del cambio del compuesto que contiene azufre. El punto de ruptura es una guía de separación de corrientes, o porciones de corrientes, que necesitan desulfuración de aquellas para las cuales se puede minimizar o eliminar la desulfuración.

[0044] Encontramos que podemos minimizar los costes de capital y de producción de los combustibles con bajo contenido de azufre si maximizamos la producción de la cantidad de líquidos totales que tienen un contenido de azufre en o por debajo del corte del punto de ruptura a fin de cortar y recolectar directamente tal cantidad máxima de materiales con un contenido de azufre en o debajo del punto de ruptura y evitar o reducir los costes de su tratamiento posterior para la reducción o eliminación del azufre.

[0045] Descubrimos que volúmenes relativamente grandes de dichos materiales en o por debajo del punto de ruptura, y en algunos crudos, esas porciones dentro de una zona estrecha específica por encima del punto de ruptura, no necesitarán tratamiento o un tratamiento posterior significativo para la eliminación de azufre cuando se combinan con otros cortes que se han tratado para la eliminación de azufre. Maximizamos dicha producción de materiales no tratados para reducir la desulfuración general de la corriente u otros costes operativos de tratamiento al impulsar las condiciones de destilación atmosférica, principalmente a través del aumento del perfil de temperatura de la alimentación o la torre, pero también mediante la reducción o eliminación del reflujo o la reducción de la velocidad de alimentación de crudo o la mezcla o alimentación de dilución para cambiar la composición de hidrocarburo o azufre en crudo a fin de maximizar la cantidad de cortes hasta cerca del punto de ruptura o en el punto de ruptura. El punto de ruptura no se define en términos de clasificaciones industriales estándar o regulaciones que establecen rangos de temperatura de cortes.

[0046] Definimos el "punto de ruptura", a efectos de las descripciones y las reivindicaciones, en referencia a un ensayo de crudo, u otro método de determinación, como se representa con el % de masa o volumen de crudo como eje x, con contenido de azufre como eje y, que es el punto en el que el contenido de azufre comienza a aumentar rápidamente desde la horizontal o cerca de esta, o aumenta exponencialmente, en términos de alta tasa de cambio de aumento por unidad de ejecución, donde delta para la ejecución es el cambio en el volumen unitario de fracción y delta para el aumento es el cambio en la unidad de contenido de azufre y la pendiente es el aumento en la ejecución. La pendiente de tal aumento en la ejecución comienza desde cerca de cero o en la horizontal, se mueve rápidamente sobre 0,2 a rápidamente sobre 1 se mueve hacia incrementos exponenciales en el contenido de azufre, el punto de ruptura variará según la alimentación de crudo o de otro tipo a la columna de destilación. El "corte de punto de ruptura" o "corte de punto de ruptura de azufre”, por lo tanto, aborda un medio para determinar la división en líquidos que contienen hidrocarburos, que hierven por encima del punto final del rango de nafta, por ejemplo, por encima del punto final del rango para nafta de primera destilación no estabilizada, pero por debajo del punto de ruptura o en el punto de ruptura, que, como se señaló, es el punto en el que el contenido de azufre comienza a aumentar rápidamente, o aumenta exponencialmente, en términos de alta tasa de cambio de aumento por unidad de ejecución.

[0047] Definimos "corte de punto de ruptura" de base o "corte de punto de ruptura de azufre" de base a efectos de la descripción y las reivindicaciones, para referirnos, con referencia al contenido de azufre de una fracción, a los líquidos que contienen hidrocarburos que hierven por encima del punto final del rango para nafta de primera destilación no estabilizada, pero por debajo del punto de ruptura o en el punto de ruptura, donde se selecciona dicho punto de ruptura de modo que cuando se forme una corriente de producto combustible a partir de la combinación de todas las corrientes no tratadas en el punto de ruptura o debajo del punto de ruptura y todas las corrientes por encima del corte del punto de ruptura seleccionado para agregarse a dicha combinación, el combustible de combinación tiene un contenido de azufre real que no excede un contenido de azufre objetivo. En variaciones, se puede producir un combustible en donde el contenido de azufre objetivo es el punto de ruptura del azufre, o es más alto o más bajo que el punto de ruptura del azufre, y la combinación de corrientes que forman el combustible se realiza de manera eficiente con referencia al punto de ruptura para que el contenido de azufre real de dicho combustible no exceda el objetivo de azufre.

[0048] Para muchos crudos, el corte del punto de ruptura de azufre para una columna de destilación atmosférica incluiría gran parte de los materiales de la gama de queroseno (que se definen de diversas maneras en la técnica), como los que comienzan a hervir a 180 °C o 190 °C (u otro punto de inicio de la gama de queroseno) y para simplificar, tales materiales podrían incluir materiales de temperatura de rango inferior o superior. Sin embargo, el contenido de azufre, no la temperatura ni las definiciones históricas de los materiales del rango de queroseno, es el determinante del punto final del rango de punto de ruptura del azufre. Se puede producir un combustible de acuerdo con esto, en donde el contenido de azufre objetivo es el punto de ruptura del azufre, y la combinación de corrientes que forman el combustible se realiza de manera que el contenido de azufre real de dicho combustible no exceda el objetivo de azufre.

[0049] En una realización fuera del alcance de la invención, la alimentación de crudo se separa en corrientes, se tratan una o más porciones líquidas de tales corrientes separadas, mientras que otras porciones no se tratan. Luego, la mayoría de los volúmenes de todas las corrientes líquidas tratadas y no tratadas se recombinan para formar un combustible líquido que tiene un contenido de azufre real en o por debajo de un contenido de azufre objetivo. Las etapas del proceso comprenden (a) separar el crudo mediante una o más etapas de destilación y separación del disolvente, en gases ligeros de destilación, residuos enriquecidos en metales insolubles en uno o más disolventes utilizados para dicha separación del disolvente, gases que comprenden azufre y fracciones líquidas por encima del punto de ruptura del azufre y fracciones líquidas en o por debajo del punto de ruptura, (b) tratar, mediante una o más etapas de hidrotratamiento, fracciones líquidas por encima del punto de ruptura del azufre, pero no fracciones líquidas en o por debajo del punto de ruptura del azufre o un residuo insoluble, para formar una o más corrientes hidrotratadas con un contenido reducido de azufre, dejando aún otras porciones sin tratar y (c) combinar dichas corrientes hidrotratadas con fracciones líquidas en o por debajo del punto de ruptura para formar dicho combustible que tiene un contenido real de azufre en o por debajo del punto de ruptura del azufre como contenido de azufre objetivo.

[0050] En otra realización diferente fuera del alcance de la invención, esta invención proporciona un proceso para reducir las emisiones sobre las especificaciones OMI de un barco en alta mar, o en una ECA, o en puerto, mediante el uso de un combustible que tiene un contenido de azufre ajustado a menos del máximo de la especificación OMI aplicable en la ubicación de uso de dicho combustible por parte de dicho barco, ya sea en el mar, en una ECA o en un puerto. De esta manera, un barco puede superar los requisitos de la OMI y las expectativas del público.

[0051] En otra realización fuera del alcance de la invención, esta invención proporciona un método para que los barcos utilicen los combustibles fuera del alcance de esta invención mientras están en puerto para generar y vender electricidad a redes eléctricas terrestres, por ejemplo, para compensar los costes de combustible en el mar o en puerto.

[0052] Hemos descubierto que podemos producir un combustible marino ultralimpio de bajo coste, al tiempo que consideramos y ajustamos el punto de inflamación de manera adecuada, y superamos significativamente las expectativas de la OMI para los límites de azufre y metales.

[0053] Así, hemos descubierto métodos técnicos para comercializar (i) cambios de punto de inflamación insignificantes para (ii) beneficios ambientales masivos (enormes reducciones de SOx y NOx y esencialmente eliminación de metales nocivos), especialmente en relación con grandes cantidades de combustibles consumidos por buques de carga gigantescos. Otros no lograron hacer ese descubrimiento.

[0054] La Convención Internacional para la Seguridad de la Vida en el Mar (SOLAS) revisa los puntos de inflamación y el uso permitido de los combustibles en los buques de carga. “Aunque para muchos el punto de inflamación mínimo de 60 °C para los combustibles de servicio general que figura en el Convenio SOLAS puede parecer uno de los pilares de la legislación marina, esto solo ocurrió con las enmiendas de 1981. Los tres primeros Convenios SOLAS (1914, 1929 y 1948) no pusieron un límite al punto de inflamación del combustible, e incluso el Convenio de 1960 solo exigía que, para los buques de pasajeros "nuevos", el combustible utilizado por los motores de combustión interna tuviera un punto de inflamación no menor de 43 °C: una disposición esencialmente transferida al actual Convenio de 1974 tal como se adoptó originalmente", citado enMarine Distillate Oil Fuels Issues and implications associated with the harmonization of the mínimum flashpoint requirement for marine distillate oil fuels with that of other users(2012) escrito por Wrightet al.para la Asociación Danesa de Armadores por el FOBAS de Lloyd's Register.

[0055] Wright et al. observó que el punto de inflamación es un valor empírico, no del mundo real, y "el valor de punto de inflamación no representa, y nunca lo ha hecho, una línea de frontera 'segura'/'insegura'". En consecuencia, desde el inicio de la industria petrolera se ha utilizado el punto de inflamación, de alguna forma incorrectamente, como medio para distinguir entre aquellos productos para los que se requiere mayor cuidado y atención en cuanto al almacenamiento y uso. En realidad, en aplicaciones marinas, un incendio de combustible se inicia a través de fugas o fallos en las tuberías, que permiten que el combustible entre en contacto con las superficies por encima de su temperatura de autoignición en lugar de la ignición por vapor. Sin embargo, el punto de inflamación se ha utilizado como un parámetro de seguridad en la legislación de seguridad del petróleo desde el principio, aunque en ocasiones contra límites establecidos de manera arbitraria o debido al hecho de que era un valor empírico.

[0056] SOLAS crea una excepción para los buques de carga. SOLAS establece que no se utilizará combustible con un punto de inflamación inferior a 60 °C; con la excepción de que “en los buques de carga, el uso de combustible que tenga un punto de inflamación inferior al especificado en el párrafo 2.1 [SOLAS] [por ej. 60 °C], por ejemplo el petróleo crudo, puede permitirse siempre que dicho combustible no se almacene en ningún espacio de maquinaria y esté sujeto a la aprobación de la Administración”. Se observa que algunos países no tienen una norma de punto de inflamación y otros países permiten puntos de inflamación relativamente bajos en aplicaciones marinas.

[0057] El punto de inflamación del combustible se puede ajustar por tratamiento, si es necesario. Tal como se utiliza en la memoria descriptiva y las reivindicaciones, el término "tratamiento del punto de inflamación" significa una composición que cuando se combina con un material aumenta el punto de inflamación. En una variación, el tratamiento del punto de inflamación reduce la presión de vapor de dicho material al que se agrega para reducir el riesgo de ignición de vapor. En una variación, el ajustador del punto de inflamación es un aditivo sólido o líquido que tiene un punto de inflamación de 60 °C o más, que se agrega a un combustible de bajo punto de inflamación para aumentar el punto de inflamación del combustible. Estos pueden incluir varios tipos de partículas y aceites. A modo de ilustración, se han dado a conocer los aditivos de alto punto de inflamación para el tratamiento de combustibles a base de carbono, como ilustración, incluida la patente estadounidense 8,088,184 (2014) de Hughes et al, que analiza “diluyentes de alto punto de inflamación”, como los seleccionados del grupo que consiste en aceites de base parafínica con un punto de inflamación de al menos 200 °C, y mezclas o combinaciones de los mismos, con mención específica a Calpar 100 ( PF 210 °C.), Calpar 325 (PF 240 °C.) y Calpar P950 (PF 257 °C.) disponibles en Calumet Lubricants Co. de Indianapolis, Ind., y aceites de base parafínica con un punto de inflamación de al menos 200 °C., y mezclas o combinaciones de los mismos.

[0058] Hemos descubierto métodos técnicos para comercializar (i) cambios insignificantes en el punto de inflamación para (ii) beneficios ambientales masivos (enormes reducciones de SOx y NOx y esencialmente eliminación de metales nocivos) especialmente en relación con grandes cantidades de combustibles consumidos por buques de carga gigantescos. Otros no lograron hacer ese descubrimiento.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0059]

La Fig. 1 es una representación esquemática del contenido de azufre de varios crudos reales e hipotéticos que muestra rangos de punto de ruptura.

La Fig. 2 es un dibujo esquemático de una disposición del proceso para el tratamiento de crudo para producir un solo producto líquido útil como combustible.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

[0060] La invención consiste en un método para la reducción de emisiones de acuerdo con la reivindicación 1.

[0061] En una realización fuera del alcance de la invención, un proceso para la conversión de una alimentación de hidrocarburo, al menos una porción que es crudo que comprende azufre y metales, en un solo producto líquido comprende (i) separar dicha alimentación mediante una o más etapas de destilación y separación con disolvente, en gases de destilación ligeros tope (que pueden incluir solo gases de destilación no condensables en condiciones de destilación atmosférica según la definición de EIA o más, se prefiera o no un sistema debutanizador por consideraciones locales específicas o se eliminen sus costes en otras situaciones), residuo enriquecido con metales insoluble en uno o más disolventes utilizados para dicha separación de disolventes, gases que comprenden azufre y fracciones líquidas, que comprenden azufre, que comprenden destilado (con al menos una parte de los materiales del rango de queroseno para algunas alimentaciones que se tratan como dentro del rango de destilado) e hidrocarburos de la gama del gasóleo de vacío, (ii) hidrotratar, mediante una o más etapas de hidrotratamiento, fracciones líquidas seleccionadas sobre el corte del punto de ruptura de azufre (donde, de preferencia, solo se seleccionan las fracciones líquidas solubles para hidrotratamiento), pero no las fracciones líquidas en o por debajo del corte del punto de ruptura del azufre (y preferiblemente no aquellas porciones de cualquier fracción que sea insoluble en dichos disolventes utilizados en la separación con disolventes) para formar una o más corrientes tratadas que tienen un contenido reducido de azufre, (iii) combinar dichas fracciones no tratadas con dichas corrientes tratadas para formar un combustible que tiene un contenido real de azufre en o por debajo de un contenido objetivo de azufre. Como se usa en el presente documento, el término "etapas" o "zona" puede referirse a una operación unitaria o área que tiene una o más operaciones de proceso con configuraciones de equipo y/o uno o más segmentos de una operación unitaria o una subzona. Los elementos del equipo pueden comprender uno o más tanques, recipientes, columnas de destilación, separadores, reactores o recipientes de reactores, calentadores, intercambiadores, separadores, tuberías, bombas, compresores y controladores. En variaciones preferidas fuera del alcance de esta invención, sustancialmente todas las composiciones de hidrocarburos de dicha alimentación se separan en fracciones, pero posteriormente se recombinan para formar dicho combustible que es un producto combustible líquido que comprende un rango de hidrocarburos de gas licuado de petróleo de alimentación original, o en una variación, desde la nafta hasta el aceite desasfaltado tratado con hidrógeno y no es un producto de hidrocarburo múltiple, excepto las composiciones de hidrocarburos que comprenden aquellas dentro de (i) gases de destilación tope más ligeros, (ii) dichos residuos insolubles y (iii) corrientes para la recuperación de azufre o metales. Tal rango es sustancialmente el rango completo de hidrocarburos derivados del petróleo crudo de C3 o C5 a más de C20, teniendo dichos hidrocarburos un punto de ebullición inicial que es el punto de ebullición más bajo de cualquier fracción dentro de corrientes no tratadas combinadas en dicho combustible y el punto de ebullición más alto siendo el punto de ebullición más alto de una corriente tratada combinada en dicho combustible. El término "no tratado/a", tal como se utiliza en las especificaciones y reivindicaciones, significa que no se somete a hidrotratamiento para reducir o eliminar el azufre, el nitrógeno o los metales. En una variación, dicho combustible comprende sustancialmente un rango de hidrocarburos derivados del crudo de C3 o C5 a más de C20 o aquellos que comprenden aquellos que tienen un punto de ebullición inicial en el rango de aproximadamente 35 °C a aproximadamente 315 °C y más, preferiblemente hasta el punto de ebullición inicial del final del aceite desasfaltado y comienzo del residuo desasfaltado, que no es soluble en el disolvente seleccionado para la separación con disolvente. En variaciones aún más preferidas, un combustible fuera del alcance de esta invención comprende una combinación de hidrocarburos que van desde la parte de ebullición más baja de dicha fracción líquida no tratada desde la destilación atmosférica hasta la parte de ebullición más alta de los materiales solubles hidrotratados procedentes de la separación con disolvente. Por lo tanto, el combustible preferido fuera del alcance de esta invención es opuesto a las gasolinas, los diéseles, los querosenos y los fuelóleos convencionales que se han cortado en sub-rangos seleccionados y no tienen un contenido significativo de rangos completos de tales hidrocarburos. Por lo tanto, una realización fuera del alcance de esta invención es un combustible derivado como un producto único de procesamiento de petróleo crudo, teniendo dicho combustible un contenido real de azufre de 0,5 % en peso o menos, preferiblemente 0,1 % en peso o menos, que comprende sustancialmente el rango completo de hidrocarburos derivados del petróleo crudo de C3 o C5 a más de C20, teniendo dichos hidrocarburos un punto de ebullición inicial que es el punto de ebullición más bajo de cualquier fracción de dicho crudo en condiciones de destilación atmosférica y el punto de ebullición más alto siendo el punto de ebullición final de la porción residual de dicho crudo que no es soluble en un disolvente adecuado para la separación con disolvente. En variación, dicho combustible comprende sustancialmente el rango completo de hidrocarburos derivados del petróleo crudo de C3 o C5 a más de C20, teniendo dichos hidrocarburos un punto de ebullición inicial que es el punto de ebullición más bajo de cualquier fracción dentro de corrientes no tratadas combinadas en dicho combustible y punto de ebullición final siendo el punto de ebullición más alto de una corriente tratada combinada en dicho combustible. En una variación, el crudo se separa en gases de destilación tope ligeros, residuo enriquecido con metales insoluble en uno o más disolventes utilizados para dicha separación con disolventes, gases que comprenden azufre (incluidos los gases de purga que comprenden azufre) y fracciones líquidas que comprenden azufre que comprenden (i) fracciones líquidas en o debajo del punto de ruptura del azufre y (ii) fracciones líquidas sobre el punto de ruptura del azufre, que son solubles o no solubles en el disolvente utilizado en la separación con disolvente (b) hidrotratadas mediante una o más etapas de hidrotratamiento, dichas fracciones líquidas solubles sobre el punto de ruptura del azufre, pero no fracciones líquidas en o por debajo del punto de ruptura del azufre o fracciones insolubles, para formar una o más corrientes tratadas con un contenido reducido de azufre, (c) combinar dichas fracciones no tratadas con dichas corrientes tratadas para formar un combustible que tenga un contenido de azufre real en o por debajo de un contenido de azufre objetivo.

[0062] En variaciones, tal residuo es quemado en uno o más gasificadores para la generación de electricidad y al menos una porción de hidrógeno para dicho hidrotratamiento y para capturar al menos una porción de dichos metales en sólidos gasificadores que se eliminan o el residuo se quema en una o más calderas con captura de azufre y metales en los gases de combustión, para la generación de electricidad y una unidad de generación de hidrógeno auxiliar para el suministro de hidrógeno para dicho hidrotratamiento. Preferiblemente, y todos los gases que comprenden azufre, se dirigen a una o más unidades de recuperación de azufre comunes.

[0063] En la práctica, el contenido real de azufre de dicho combustible se puede ajustar para cumplir con una especificación de límite de contenido de azufre objetivo, por ejemplo, una especificación OMI para un combustible marino o un límite de azufre para la turbina de gas de combustión, ajustando la cantidad de flujo continuo de corrientes no tratadas y tratadas a la combinación que forma el combustible. Para ilustrar, el contenido de azufre objetivo del combustible puede ajustarse para cumplir con una o más especificaciones objetivo de la OMI, para dentro o fuera de una ECA, por ejemplo, seleccionado de entre 3,5 % en peso, 0,5 % en peso, 0,1 % en peso u otra especificación OMI. Un combustible producido de acuerdo con los procesos fuera del alcance de la presente invención es útil en motores marinos, turbinas de gas de combustión, calentadores de combustión tales como calderas y otras aplicaciones.

[0064] En una variación, al menos una de dichas corrientes hidrotratadas es una corriente de azufre ultrabajo que tiene 10 ppm en peso o menos de azufre que se usa para ajustar, por reducción o adición de la cantidad de dicha corriente a dicha combinación, la formación de dicho combustible que tiene un contenido de azufre real en o por debajo de un contenido de azufre objetivo. En otra variación, cuando al menos uno de los vapores hidrotratados es una corriente ultrabaja de azufre que tiene menos de 10 ppm en peso de azufre, y la fracción no tratada tiene un contenido de azufre superior al contenido de azufre objetivo y la fracción no tratada se utiliza como control de ajuste, por reducción o adición de la cantidad de dicha fracción no tratada a dicha combinación, para formar un combustible que tiene un contenido de azufre real en o por debajo de un contenido de azufre objetivo. En otra variación más, en la que una alimentación de petróleo crudo se convierte sustancialmente en un producto combustible líquido, no en múltiples productos de hidrocarburos, se produce una primera corriente hidrotratada que es una corriente de azufre reducido que tiene un contenido de azufre inferior a 10 ppm en peso de azufre, y se produce una segunda fracción de combustible hidrotratada que tiene una corriente de azufre reducido con un contenido de azufre en el rango de 0,12 % a 0,18 % en peso de azufre, y la fracción no tratada tiene un contenido de azufre, ya sea en o por debajo o por encima del punto de ruptura del azufre, en exceso el contenido de azufre objetivo y dicha primera corriente hidrotratada o dicha segunda corriente hidrotratada, o ambas, se utilizan como control de ajuste, por reducción o adición de la cantidad de dichos vapores a dicha combinación, para formar un combustible que tenga un contenido real de azufre en o por debajo de contenido de azufre objetivo.

[0065] En realizaciones aún más preferidas fuera del alcance de la invención, se selecciona el contenido de azufre de una o más alimentaciones de petróleo crudo, petróleo residual y otros, o se ajustan las condiciones de procesamiento, para que al menos el 70 % en volumen de cada barril de dicha alimentación de petróleo crudo se convierta en fracciones líquidas, cuando se tratan o no se tratan posteriormente pero se combinan, forman el producto de combustible que tiene azufre que no excede un contenido de azufre objetivo no múltiples productos de hidrocarburos, que tiene un contenido de azufre que no excede un contenido de azufre objetivo y no más del 30 % de cada barril de dicha alimentación de petróleo crudo se destina a otra cosa distinta al combustible. En variaciones preferidas fuera del alcance de esta invención, al menos el 80 % en volumen de cada alimentación de barril, y más preferiblemente cerca del 90 % o más de la alimentación, dependiendo de la composición de la alimentación, los equilibrios de hidrógeno, la economía del proceso y otros factores, así como el ajuste de las condiciones de operación del proceso y los caudales de cada barril de alimentación de hidrocarburos, se convierte en un producto de combustible líquido, no en productos de hidrocarburos múltiples, excepto una o más corrientes con muy bajo contenido de azufre que se utilizan como ajuste para controlar, aumentando o disminuyendo el flujo de ajuste, el contenido de azufre del producto combustible final a un nivel que no supere el contenido de azufre objetivo. Las cantidades en exceso de una corriente de ajuste se pueden transferir por separado para fines de equilibrio de materiales y control de inventario. En tales variaciones preferidas fuera del alcance de esta invención, no más de aproximadamente 10 % a 30 % en volumen de cada barril de dicha alimentación de petróleo crudo se captura en un residuo enriquecido con metal, después de la destilación atmosférica y de vacío mediante extracción con disolvente.

[0066] En otra variación, se agrega un fuelóleo con alto contenido de azufre que tiene un contenido de azufre mayor que el contenido de azufre objetivo, ya sea solo o con un petróleo ligero de formaciones compactas, antes o durante la combinación de todas las fracciones tratadas y no tratadas para formar dicho combustible. Dicho fuelóleo con alto contenido de azufre se puede alimentar a una o más de entre dicha etapa de destilación, dicha etapa de separación con disolvente o dicha etapa de hidrotratamiento. En una realización preferida fuera del alcance de esta invención, una corriente con contenido de azufre ultrabajo tiene un rango de menos de 10 ppm en peso o menos de azufre, y la fracción no tratada tiene un contenido de azufre superior al contenido de azufre objetivo y dicha fracción no tratada se utiliza para ajustar, por reducción o adición de la cantidad de dicha fracción no tratada a dicha combinación, para formar el producto combustible con un contenido de azufre real en o por debajo de un contenido de azufre objetivo.

[0067] El aparato para la práctica de fuera del alcance de esta invención puede tener una huella de equipo reducida, en el rango del 20 % al 30 % de la huella del aparato de una refinería convencional que tiene unidades de procesamiento aguas abajo típicas. Así, los costes de capital por barril de alimentación tratada se reducen sustancialmente. Por ejemplo, una realización específica fuera del alcance de esta invención emplea solo uno o más de entre destilación atmosférica, destilación de vacío, separación por disolventes, hidrotratamiento y gasificación, con los aparatos auxiliares requeridos para la captura de azufre y metales y no tiene ninguna operación de tratamiento de hidrocarburos posterior al hidrotratamiento, excepto la gasificación con un aparato auxiliar requerido para la captura de azufre y metales.

[0068] Las variaciones de las configuraciones de proceso fuera del alcance de esta invención proporcionan un funcionamiento de alta eficiencia y bajo coste mediante la integración efectiva de una isla de servicios para satisfacer las necesidades de proceso de hidrógeno, vapor y gas combustible, así como electricidad, al tiempo que proporcionan medios integrados de captura de metales y azufre. La isla de servicios comprende uno o más sistemas de gasificación que tratan los residuos enriquecidos con metales pesados para capturar y eliminar los contaminantes metálicos como un componente de las posibles fuentes de emisión a la atmósfera y, preferiblemente, utilizan un tratamiento integrado, y por lo tanto de menor coste de capital, de gases agrios y gases ácidos de todas las fuentes para la captura, el tratamiento y la eliminación de azufre como posibles fuentes de emisión. La configuración de la isla fuera del alcance de esta invención produce hidrógeno para los pasos de hidrotratamiento, vapor y gas combustible para el proceso eléctrico y el proceso eléctrico a través de medios de generación de energía de ciclo combinado de alta eficiencia que utilizan ciertas corrientes, que de lo contrario serían corrientes residuales, para cumplir con los requisitos del proceso.

[0069] Una variación de esta realización fuera del alcance de esta invención se refiere a cuando un petróleo ligero no contiene suficientes hidrocarburos más pesados dentro de sus fracciones de fondo y residuos para proporcionar un equilibrio de procesamiento para el tratamiento de hidrocarburos y la correspondiente generación de hidrógeno para permitir el procesamiento de ese crudo ligero para hidrogenar y reducir el azufre y los metales para la descontaminación. Este método incluye la etapa de agregar dicho crudo ligero, ya sea por separado o mezclado con otras alimentaciones, a cualquiera o todas las alimentaciones más pesadas a la destilación atmosférica, destilación al vacío o separación con disolventes de los tratamientos.

[0070] En una variación, los diseños de los aparatos para las operaciones de destilación al vacío, separación con disolventes, hidrotratamiento y gasificación posteriores a la destilación atmosférica se dimensionan para tener capacidad adicional o de reserva para procesar fuelóleo con alto contenido de azufre o residuos más pesados adicionales procedentes de una fuente diferente fuera de los límites de suministro de dichas operaciones para formar un combustible que tenga un contenido de azufre real en o por debajo de un nivel objetivo de contenido de azufre del combustible y capturar al menos una porción del azufre y los metales de dicho residuo pesado adicional.

[0071] Esta invención proporciona un método para que los barcos utilicen los combustibles de esta invención mientras están en el puerto para reducir las emisiones locales, así como para generar y vender electricidad a redes eléctricas terrestres. En una variación, esta invención proporciona un método técnico para reducir las emisiones en las ubicaciones de los puertos o cerca de ellas que comprende (a) un análisis técnico para determinar por kilovatio por hora (KWH) la cantidad de emisiones de azufre o metales resultantes de las instalaciones de generación en tierra que generan electricidad normalmente suministrada a la red eléctrica en la ubicación del puerto o cerca de esta (incluidas, por ejemplo, las emisiones asociadas al uso del suministro eléctrico local por parte de un barco cuando está en puerto y conectado a dicha red) y (b) un análisis técnico para determinar por KWH la cantidad de emisiones de azufre o de metales resultantes de la generación de electricidad a bordo del barco por el mismo barco cuando se encuentra en el puerto en la ubicación de (a), después comparar (a) y (b) y si (b) las emisiones generadas por el barco para la generación de electricidad son menores que las fuentes locales de energía de (a), entonces las emisiones se reducen en el buque que ofrece toda o parte de la generación de electricidad a bordo a la red eléctrica. Esto puede ser particularmente útil para reducir las emisiones ambientales cuando la electricidad suministrada localmente proviene de ciertos tipos de fuentes alimentadas con carbón o se utilizan crudos pesados o aceites residuales para alimentar la generación de electricidad, cuando no se dispone de opciones para reducir las emisiones en la generación eléctrica local. En ausencia de compensaciones, es probable que el buque no realice la conexión a la red local si el coste en KWH de la energía generada por el barco es mayor que el coste en KWH de la energía generada por la red local o si la conexión a la red local no es rentable para el barco, salvo si se compensan las tasas portuarias u otras, a menos que se compensen con créditos de reducción de emisiones, como una subvención para pagar la generación de energía con bajas emisiones.

[0072] Si la conexión del barco a la red local es rentable, entonces el barco puede compensar o reducir los costes de combustible incurridos mientras está en el mar a través de los ingresos generados por la conexión a la red en tierra mientras está en el puerto de la totalidad o parte de la electricidad a bordo generada por el uso de un combustible fuera del alcance de la presente invención mientras está en el puerto. Dichos ingresos generados por la conexión a la red mientras se encuentra en el puerto pueden compensar los costes de combustible del viaje en el mar hasta un nivel que podría hacer que el coste real de combustible del viaje en el mar con estos combustibles fuera más bajo que el coste del fuelóleo de alto contenido de azufre para el viaje en el mar, dependiendo de la duración de la parada en el puerto. La FIG.

1 es un esquema de una gráfica del contenido de azufre de varios petróleos crudos reales e hipotéticos que muestran rangos de punto de ruptura. Los perfiles de ejemplo de azufre crudo 4,5,6 se trazan basándose en puntos centrales de datos reales extraídos de la publicación tituladaSulfur Compounds in Crude Oil,Washington DC, publicado por UNT por Rallet al.Los perfiles hipotéticos de azufre crudo 1,2, 3 se derivan en parte de datos reales adaptados de varias fuentes, incluyendoPetroleum Refining, Crude Oil Petroleum Products Process Flowsheets(1995) por J.P. Wauquier, publicado por el Institut Frangais du Petrole.

[0073] La FIG. 1 ilustra cómo sugerir una definición de "punto de ruptura" para diferentes crudos para las configuraciones de proceso fuera del alcance de esta invención. La FIG. 1 es ilustrativa de que los puntos de ruptura es el punto en el que el cambio (aumento en la ejecución) en el contenido de azufre por cambio en el volumen unitario de corte producido ya no es sustancialmente horizontal o plano, pero en cambio en el punto de ruptura, como la cantidad del corte se incrementa ligeramente, el contenido de azufre comienza a aumentar rápidamente, o aumenta exponencialmente, para causar un alto cambio en la tasa de aumento por unidad de ejecución. También en o después del punto de ruptura, según el tipo de alimentación de crudo, cambian el tipo y la composición, así como la complejidad, de los compuestos que contienen azufre. El punto de ruptura permite la determinación, para la eficiencia operativa, de la mejor manera de evitar el costoso hidrotratamiento, y al mismo tiempo producir combustibles que cumplan con las especificaciones del límite de contenido de azufre objetivo. Es decir, el punto de ruptura puede ser el contenido máximo de azufre de la fracción atmosférica de la torre de crudo que se desvía o se reduce des un procesamiento posterior para reducir el contenido de azufre, como el desvío del hidrotratamiento. Las fracciones por encima del punto de ruptura se someten a un tratamiento posterior para reducir el contenido de azufre, mientras que las fracciones en o por debajo del punto de ruptura no se tratan, lo que supone un ahorro sustancial en las operaciones. En el refinado convencional, los cortes se fijan por rangos de temperatura, no por el contenido de azufre. El contenido objetivo de azufre, para ilustrar un requisito de uso final, puede determinar la selección del punto de ruptura. Si el punto de ruptura se fija demasiado alto, los flujos excesivos de corrientes no tratadas con mayor contenido de azufre no podrán compensarse fácilmente con flujos mayores de corrientes hidrotratadas con menor contenido de azufre.

[0074] La FIG. 2 proporciona una visión general de otra realización fuera del alcance de esta invención y muestra de forma simplificada los componentes principales del funcionamiento del proceso para la producción de un único producto líquido adecuado para uso como combustible. La FIG. 2 muestra un proceso para la integración de la destilación atmosférica y al vacío, la separación con disolventes, el hidrotratamiento y la gasificación para producir un solo producto de combustible bajo en azufre, esencialmente libre de metales.

[0075] Una corriente de petróleo crudo contaminado que comprende azufre, nitrógeno y metales entre en el proceso a través de la línea 2 después de un pretratamiento, como la desalinización, que se prefiere para el petróleo crudo. En este ejemplo, la alimentación de crudo 2 puede ser un solo petróleo crudo o mezclas de uno o más petróleos crudos o una mezcla de un petróleo crudo con un petróleo residual tal como fuelóleo con alto contenido de azufre. La alimentación 2 se dirige a una columna de destilación atmosférica 100, donde la alimentación se separa en gases ligeros tope 4 y múltiples cortes. Los gases ligeros tope 4 incluyen gases de destilación no condensables 6 útiles como combustibles de proceso o pueden capturarse para otros usos. En una variación preferida, se evitan los gastos de capital asociados con un sistema de estabilización con respecto a tales gases tope 4; sin embargo, dependiendo de las necesidades locales, por ejemplo, una especificación especial de H2S máximo de combustible marino, se puede incluir un sistema de estabilización. En la FIG. 2, los cortes múltiples incluirían una o más de las corrientes dentro de estos rangos (1) nafta de primera destilación no estabilizada a través de la línea 4 en la línea 16, (2) corte de punto de ruptura de azufre en la línea 18, (3) destilado ligero en la línea 24, (4) destilado medio en la línea 26, (5) un primer destilado pesado en la línea 28, (6) residuo atmosférico en la línea 30.

[0076] En diferentes usos en la técnica, se han asignado diferentes significados a cortes iguales o similares en diferentes regiones del mundo, cuyos significados a menudo son diferentes, superpuestos, conflictivos y confusos. Tal como se utiliza en la presente memoria y en las reivindicaciones, se asignan los siguientes medios: (a) "nafta" significa composiciones que contienen carbono que van desde aquellas que tienen un mínimo de tres (3) carbonos C3, como el propano, a aquellas que tienen un punto de ebullición inicial (IBP) de aproximadamente 175 °C (aproximadamente 350 °F), sin compuestos de ebullición más ligeros, como el metano o más livianos, (b) "nafta estabilizada" significa, en lo que se refiera a la nafta u otros materiales de la gama de la nafta utilizados como mezcla de combustible, que los compuestos de ebullición más ligeros, como el butano o el propano o más ligeros, se han eliminado casi por completo de la nafta o del combustible, donde, por ejemplo, en una refinería convencional, la corriente de fondo de una torre de destilación debutanizadora de nafta sería una nafta estabilizada, (c) "nafta no estabilizada" significa nafta a la que no se le han retirado los componentes C4 o más ligeros; por ejemplo, en una refinería convencional, la corriente de alimentación para un debutanizador de nafta sería una nafta no estabilizada, (d) "nafta de primera destilación natural no estabilizada" significa composiciones que contienen carbono recuperadas de la destilación atmosférica y que van desde aquellas que tienen un mínimo de tres (3) carbonos C3, como el propano, hasta las que tienen un punto de ebullición inicial (IBP) de aproximadamente 175 °C (aproximadamente 350 °F), sin compuestos de ebullición más ligeros, como el metano o más livianos, de los cuales pueden estar formados los gases tope de destilación atmosférica, e) "nafta natural", en el contexto del hidrotratamiento, significa la fracción más ligera no estabilizada del efluente hidrotratador recuperada de un fraccionador, u otro separador, la operabilidad se considera una parte de una zona de hidrotratamiento que recupera una o más fracciones más pesadas en el fondo del separador o cerca de este, como el rango de destilados, el rango de aceites pesados u otra porción más pesada que la nafta de la alimentación al separador y no estabilizada, (f) "corte de punto de ruptura" se define en el presente documento anteriormente en esta memoria y se muestra un ejemplo en la FIG. 1, (g) "destilado ligero por encima del corte de punto de ruptura" o "destilado ligero" significa aquí la fracción con un contenido de azufre inicial superior al contenido de azufre más alto del corte de punto de ruptura, que en consecuencia tiene un punto de ebullición (IBP) superior al punto de ebullición final más alto del corte del punto de ruptura, (h) "destilado medio" significa una fracción entre el destilado ligero y el destilado pesado, separado según el corte en función del diseño de columna de destilación preferido; donde, por ejemplo, el corte del destilado medio podría eliminarse y combinarse con destilado ligero o destilado pesado, (i) "primer destilado pesado" significa la fracción más pesada de una unidad de destilación atmosférica, cuyo contenido de azufre y rango de punto de ebullición se determinan por factores operativos, como uno o más de entre la composición de azufre de la alimentación de la unidad de destilación, la severidad de las operaciones de la torre de crudo y las condiciones de hidrotratamiento posteriores, (j) "primer destilado pesado" significa la fracción más pesada de una unidad de destilación atmosférica, con un contenido de azufre y un rango de punto de ebullición que se determinan con referencia a la composición de azufre de la alimentación de la unidad de destilación y el corte del punto de ruptura del azufre y con referencia a uno o más factores operativos tales como la severidad de las operaciones de la torre de crudo y la severidad de las condiciones de hidrotratamiento del destilado posteriores, (k) "segundo destilado pesado" significa la fracción más ligera de una torre de destilación al vacío con un contenido de azufre y un rango de punto de ebullición que se determina con referencia a la composición de azufre de la alimentación de la unidad de destilación y al corte del punto de ruptura del azufre y por referencia a uno o más factores operativos tales como la severidad de las operaciones de la torre y la severidad de las condiciones de hidrotratamiento del destilado posteriores, y (j) "residuo atmosférico", "residuo de vacío", "gasóleo de vacío", incluyendo "gasóleo ligero de vacío" y "gasóleo pesado de vacío", "separación con disolvente” e “hidrotratamiento”, así como otros términos y sus variaciones, son conocidos por los expertos en la técnica del procesamiento del petróleo crudo.

[0077] Preferiblemente, la combinación de vapores (1) de nafta de primera destilación natual no estabilizada a través de la línea 4 en la línea 16 y (2) corte de punto de ruptura de azufre en la línea 18 contendrá en el rango de menos de 0,06 % en peso de azufre a 0,08 % en peso de azufre si la combinación de combustible 600 en contenido de azufre objetivo es de 0,1 % en peso o menos de azufre y el contenido de azufre 70 de la corriente tratada es inferior a 10 ppm en peso, donde los caudales de los vapores 10 y 70 de la combinación se ajustan de manera que la combinación de combustible 600 no exceda el contenido de azufre objetivo.

[0078] En la Figura 2, el residuo atmosférico se alimenta a través de la línea 30 a una torre de destilación al vacío 200 para producir (1) un segundo destilado pesado en la línea 32, (2) gasóleo ligero al vacío en la línea 36, (3) gasóleo pesado al vacío en la línea 38 y (4) residuo de vacío en la línea 50. El residuo de vacío se dirige a través de la línea 50 a la separación con disolvente 300 para producir (1) aceite desasfaltado en la línea 80 y una brea, que es un residuo pesado rico en metales en la línea 90.

[0079] La Fig. 2 muestra un sistema 400 de hidrotratamiento integrado que comprende dos zonas de hidrotratamiento, una zona 430 de hidrotratamiento de destilados y una zona 460 de hidrotratamiento de aceite pesado. Los sistemas de hidrotratamiento integrados son conocidos en la técnica, y se prefieren para esta aplicación; sin embargo, las condiciones de hidrotratamiento moderadas de presiones relativamente bajas en el rango de aproximadamente 117 a 138 bar (1700 a 2000 psi) son suficientes para la hidro-desulfuración y la hidro-desmetalización en ambas zonas 430 y 460.

[0080] El destilado ligero 24, el destilado medio 26, el primer destilado pesado 28 y el segundo destilado pesado 32 se alimentan preferiblemente a un sistema integrado de hidrotratamiento 400 y se tratan con hidrógeno en presencia de catalizador en condiciones de hidrotratamiento para formar corrientes de efluentes de la zona 430 de hidrotratamiento de destilados en la línea 60. Dicho efluente hidrotratante 60 comprende materiales dentro de los rangos de (1) nafta natural, con un rango de ebullición anticipado desde por encima de C5 (composiciones que contienen cinco carbonos) hasta aproximadamente 175 °C (aproximadamente 350 °F) y (2) diésel con un contenido de azufre ultra bajo, preferiblemente con un contenido de azufre de menos de 10 ppm en peso, que es una corriente con un contenido de azufre reducido formada por la combinación de vapores destilados tratados que comprende destilado ligero 24, destilado medio 26, primer destilado pesado 28 y segundo destilado pesado 32. Los expertos en la materia del hidrotratamiento entienden que los subproductos del hidrotratamiento en la zona 430 puede incluir gases que contienen azufre, como el sulfuro de hidrógeno, gas de escape rico en hidrógeno, al menos una porción del cual se trata para la eliminación del azufre y se recicla como adición de hidrógeno a la zona 430 de hidrotratamiento de destilados o a la zona 460 de hidrotratamiento de aceite pesado, o a ambas, y típicamente una cantidad menor de gases licuados de petróleo.

[0081] El gasóleo ligero de vacío 36, el gasóleo pesado de vacío 38 y el aceite desasfaltado 80 son preferiblemente también alimentados al sistema integrado de hidrotratamiento 400 y se tratan con hidrógeno en presencia de un catalizador en condiciones de hidrotratamiento para formar corrientes de efluentes 70 de gasóleo pesado de vacío hidrotratado en la zona 460. Dicho efluente hidrotratante comprende materiales dentro de los rangos de (1) nafta natural, con rango de ebullición anticipado desde por encima de C5 (composiciones que contienen cinco carbonos) hasta aproximadamente 175 °C (aproximadamente 350 °F) y (2) diésel con un contenido de azufre ultra bajo, preferiblemente con un contenido de azufre de menos de 10 ppm en peso, que es una corriente con un contenido de azufre reducido de la primera zona de hidrotratamiento de aceite pesado formada a partir de una primera porción de la combinación de vapores de destilados tratados que comprenden gasóleo ligero de vacío 36, gasóleo pesado de vacío 38 y aceite desasfaltado 80, (3) una segunda corriente con un contenido de azufre reducido, preferiblemente con un contenido de azufre en el rango de 0,1218% a 0,18% en peso de azufre, que se forma a partir de una segunda porción de la combinación de vapores de destilados tratados que comprende gasóleo ligero de vacío 36, gasóleo pesado de vacío 38 y aceite desasfaltado 80. Los expertos en la materia del hidrotratamiento entienden que los subproductos del hidrotratamiento en la zona 460 puede incluir gases que contienen azufre, como el sulfuro de hidrógeno, gas de escape rico en hidrógeno, al menos una porción del cual se trata para la eliminación del azufre y se recicla como adición de hidrógeno a la zona 430 de hidrotratamiento de destilados o a la zona 460 de hidrotratamiento de aceite pesado, o a ambas, y típicamente una cantidad menor de gases licuados de petróleo.

[0082] La corriente 10 sin tratar y una o más corrientes líquidas hidrotratadas a través de la línea 60 y la línea 70 se combinan para formar un producto combustible con bajo contenido de azufre y esencialmente libre de metales en 600, donde "combinar" significa que se forman mediante mezcla de corrientes en línea, fusión u otra combinación íntima. En una variación, la nafta de primera destilación natural no estabilizada a través de 4 y 16 y el corte del punto de ruptura de azufre a través de 18 se combinan en 100 sin tratamiento agregado, después se forma la combinación de combustible en 600 por combinación con uno o más de los efluentes de la zona 430 de hidrotratamiento de destilados que comprende nafta natural y diésel con un contenido de azufre ultra bajo y con uno o más de los efluentes de la zona 460 de hidrotratamiento de aceite pesado que comprenden nafta natural, diésel con un contenido de azufre ultra bajo y una segunda corriente con un contenido de azufre reducido que se forma en la zona 460 de hidrotratamiento de aceite pesado. En otra variación, con la zona de hidrotratamiento 400, los efluentes de la zona 430 y 460 se combinan para formar una sola corriente, como si la línea 60 y la línea 70 se combinaran (no se muestra) dentro de dicha zona, y dicha variación es útil cuando no se prefiere la separación del efluente de los hidrotratadores 430 y 460. Preferiblemente, la parte de hidrotratamiento de gasóleo al vacío 460 tiene un flujo del sistema superior y un flujo del sistema inferior, una parte que fluye es un material del rango de ebullición del diésel, que puede ser una cantidad relativamente pequeña en comparación con el diésel combinado aportado por las zonas 430 o 460 a la combinación 600 y la porción de hidrotratamiento del lado del diésel combinado 430 también tiene una corriente lateral de nafta natural, ya sea sola o como parte de un flujo del sistema superior y del flujo del sistema inferior, que incluye diésel con bajo contenido de azufre dirigido al bloque 600 o utilizado como ajuste u otros fines.

[0083] El residuo pesado 90 de los fondos desasfaltados 300 que comprende asfalto y el residuo pesado rico en metales se alimenta a un sistema integrado de gasificación y ciclo combinado 500 que comprende uno o más gasificadores para la oxidación parcial de dicho residuo pesado 90 en presencia de vapor y oxígeno y, opcionalmente, enfriamiento de la suspensión que contiene carbono, para formar gas de síntesis, al menos una parte del cual se convierte en hidrógeno que se dirige a través de la línea 502 para su uso en el sistema de hidrotratamiento 400 que comprende el hidrotratador de destilados 430 y el hidrotratador de aceite pesado 460 y gas de síntesis para encender una turbina de gas de una unidad de energía de ciclo combinado dentro del sistema de gasificación 500 para la generación de electricidad dentro de 504 para usos de proceso y otros usos, y gas de turbina caliente, y también comprende un generador de recuperación de calor para recuperar el calor del gas de turbina de gas caliente para producir vapor que acciona una turbina de vapor, para la generación adicional de electricidad dirigida como energía a través de 504. Cada gasificador también produce hollín rico en metales, que puede estar en forma de partículas sólidas, que comprenden contaminantes metálicos derivados de las alimentaciones de crudo y/o pesadas, cuyos sólidos se dirigen a través de la línea 506 desde cada gasificador para la eliminación de metales. Los sistemas de soporte comprenden una o más unidades de tratamiento de gas a las que se alimentan todas las corrientes de gas que contienen azufre, ya sea gas agrio o gas ácido, procedentes de todas las operaciones de la unidad para la eliminación del azufre a través de 508. Preferiblemente, dichos sistemas de eliminación de azufre forman parte de la isla de servicios de la cual forma parte el sistema de gasificación. Más preferiblemente, una o más corrientes de gas que contienen azufre se dirigen a la producción comercial de ácido de azufre como parte de la eliminación total del azufre. El sistema de gasificación 500 normalmente incluirá una unidad de eliminación de gas ácido y un sistema de cambio de CO ácido que están optimizados en capacidad y configuración para producir el hidrógeno requerido de al menos una parte del gas de síntesis bruto producido dentro del sistema de gasificación.

[0084] En la variación del sistema de hidrotratamiento integrado 400 mostrado en la FIG. 2, el gas que contienen hidrógeno de reposición 502 del sistema de gasificación 500 en las cantidades requeridas para el hidrotratamiento, junto con el hidrógeno reciclado interno dentro del bloque de hidrotratamiento 400, se comprime y se calienta a temperaturas, presiones, velocidades espaciales y presiones operativas efectivas de hidrotratamiento, que se ajustan en función del catalizador seleccionado y otras condiciones conocidas en la técnica para lograr el nivel deseado de desulfuración y desmetalización. Dicho hidrógeno preparado 502 (junto con el hidrógeno reciclado) se despliega primero en la zona 460 de hidrotratamiento de aceite pesado, la zona de mayor presión. El efluente de la zona 460 de hidrotratamiento de aceite pesado que comprende líquidos hidrotratados y un gas que contiene hidrógeno se separa en un separador de alta presión (no se muestra), y dichos líquidos se recogen dentro de la zona 460 y el hidrógeno que contiene se recupera y pasa a través de la línea 410 al hidrotratador de destilados 430 para uso en hidrotratamiento en tal zona de baja presión. Los líquidos hidrotratados y los gases de purga que comprenden gases agrios y ácidos de la zona 430 de hidrotratamiento pasan a través de la línea 412 a la zona 460 de hidrotratamiento de petróleo pesado, donde se combinan sustancialmente. Los líquidos tratados hidrotratados de ambas zonas 430 y 460 se pueden segregar a través de las líneas 60 y 70 y se pueden usar por separado como aportaciones al combustible de combinación 600 o se pueden agregar como ajuste para controlar el nivel de azufre de la zona de combinación 600 o se pueden retirar (no se muestra), dependiendo de las necesidades de equilibrio de azufre y materiales del proceso. En la variación de hidrotratamiento integrado que se muestra, los gases de purga 420 de ambas zonas 430 y 460 se dirigen a través de la línea 420 a la isla de servicios 500 que comprende sistemas de recuperación de azufre y, opcionalmente, gasificación o calderas. No se muestran en la FIG.

2, pero son conocidos por los expertos en la técnica del hidrotratamiento, varios separadores auxiliares de gas-líquido de alta, media y baja presión, calentadores de corriente, líneas de reciclado y purga de gas, tambores de reflujo para gases o separación de componentes ligeros y de líquidos, compresores, sistemas de refrigeración, y otras aplicaciones auxiliares. Además, si no se encuentran dentro de una isla de servicios comunes, sino dentro de la zona de hidrotratamiento, se incluirán en la zona de hidrotratamiento 400 diversos absorbentes de amina u otros agentes de recuperación de azufre y sistemas de separación para el tratamiento de gases agrios o gases ácidos.

[0085] Los parámetros para la selección del catalizador de hidrotratamiento y el ajuste de las condiciones de proceso de la zona de hidrotratamiento 400 están dentro del conocimiento de un experto en la industria del refinado de petróleo y no deberían requerir una explicación adicional para la práctica de los segmentos de hidrotratamiento de esta invención. En las zonas de reacción del hidrotratador 430 de destilados y el hidrotratador 460 de aceite pesado, los catalizadores de hidrotratamiento empleados incluyen cualquier composición catalítica útil para catalizar la hidrogenación de una alimentación de hidrocarburo para aumentar su contenido de hidrógeno y/o eliminar contaminantes de azufre, nitrógeno, oxígeno, fósforo y heteroátomos metálicos. Los tipos de catalizadores específicos y las diversas configuraciones de capa utilizadas y las condiciones de hidrotratamiento seleccionadas dependerán de la composición de hidrocarburos, así como del contenido de azufre y metales y del residuo de carbono pesado de cada alimentación procesada por cada unidad respectiva, del contenido reducido deseado de azufre y metales de la corriente de producto de cada zona. Dicho catalizador se puede seleccionar de entre cualquier catalizador útil para el hidrotratamiento de una materia prima de hidrocarburo; sin embargo, las condiciones operativas se ajustan para evitar o minimizar la saturación del anillo o la hidroconversión. La publicación número US 20140221713A1 (US 13/758,429) 2014 de Baldassarietal.,describe diversos catalizadores de hidrotratamiento adecuados, así como procesos de hidrotratamiento adecuados que incluyen variaciones del aparato de hidrotratamiento integrado. Baldassariet alresumen las variaciones de las composiciones de los catalizadores y los rangos de condiciones para el hidrotratamiento de destilados y de aceites pesados y distinguen las condiciones para el hidrocraqueo y para la hidroconversión de residuos, todas ellas conocidas por los expertos en la materia del hidroprocesamiento. EnRevamping Diesel Hydrotreaters For Ultra-Low Sulphur using IsoTherming Technologyde Ackersonet alse analiza el diseño de la unidad, la elección del catalizador, el consumo de hidrógeno y otras condiciones operativas para la eliminación de azufre mediante hidrogenación para producir un producto que contenga menos de 8 ppm de azufre mediante el uso de un catalizador de alta actividad Ni/Mo.Optimizing Hydroprocessing Catalyst Systems for Hydrocracking and Diesel Hydrotreating Applications, Flexibility Through Catalystde Shifletet al,página 6 Advanced Refining Technologies Catalagram edición especial N.° 113/2013 también analiza el hidroprocesamiento a 10 ppm o menos usando un catalizador de CoMo de alta actividad para eliminar el azufre no impedido y un catalizador de NiMo de alta actividad para el azufre estéricamente impedido restante.

[0086] En otra variación ilustrada por la Fig. 2, el contenido de azufre de la alimentación 2 se mide mediante un ensayo que indica el punto de ruptura exponencial del perfil de azufre y la tasa de aumento, para ilustrar un punto de ruptura del contenido de azufre en el rango de 0,06% a 0,08% en peso (o superior según las consideraciones de los caudales relativos de vapores no tratados e hidrotratados y sus respectivos contenidos de azufre) y usar dicho perfil para controlar los ajustes de la destilación atmosférica 100 para maximizar la cantidad disponible de nafta de primera destilación natural no estabilizada 16 y corte de punto de ruptura de azufre 18 que puede fluir para combinarse mediante mezcla de flujo o mediante mezcla en la zona de recogida del producto 600 disponible sin tratamiento y determinar, o reducir, si es necesario, la cantidad de (1) corrientes de destilado ligero 24, destilado medio 26, primer destilado pesado 28 o segundo destilado pesado 32 a la zona 430 de hidrotratamiento de destilados, o (2) corrientes de gasóleo ligero de vacío 36, gasóleo pesado de vacío 38 o aceite desasfaltado 80 al hidrotratador de aceite pesado 460, cuyos flujos se dirigen al hidrotratamiento, en una cantidad aumentada o disminuida para su tratamiento con el fin de formar un producto combustible 600 con un contenido de azufre real en o por debajo de un nivel límite de contenido de azufre objetivo. En otra variación más, el ensayo se puede usar para controlar la cantidad máxima de corrientes distintas de la nafta 16 de ejecución de primera destilación no estabilizada no tratada y el corte 18 del punto de ruptura del azufre no tratado para determinar la cantidad de corrientes que se dirigirán al hidrotratamiento para formar un combustible 600 que tenga un contenido de azufre real en o por debajo de un nivel límite de contenido de azufre objetivo. Es decir, las diversas velocidades de flujo al hidrotratamiento 400 de cualquiera de las cantidades de (1) corrientes de destilado ligero 24, destilado medio 26, primer destilado pesado 28 o segundo destilado pesado 32 a la zona 430 de hidrotratamiento de destilados, o (2) corrientes de gasóleo ligero de vacío 36, gasóleo pesado de vacío 38 o aceite desasfaltado 80 al hidrotratador de aceite pesado 460, se puede aumentar o disminuir la cantidad para provocar el ajuste del contenido de azufre de los efluentes 60 o 70 de la zona 400 de hidrotratamiento, o ambos, que se combina en 600 con corrientes no tratadas de 10.

[0087] En una variación, el producto combustible 600 que tiene un contenido de azufre real en o por debajo de un nivel objetivo límite de contenido de azufre se forma ajustando el nivel de azufre del producto real final 600 incrementando o disminuyendo las cantidades a la zona de combinación 600 de una o más de cualquiera de entre (a) nafta de primera destilación natural no estabilizada 16 o corte de punto de ruptura de azufre 18, cada uno de los cuales puede contener cierto contenido de azufre porque no se tratan para la eliminación de azufre o (b) corrientes hacia o desde el hidrotratador de destilados 430, como las de destilado ligero 24, destilado medio 26, primer destilado pesado 28 y segundo destilado pesado 32 tratados, o (c) corrientes hacia o desde un hidrotratador de aceite pesado como las de gasóleo ligero de vacío 36, gasóleo pesado de vacío 38 y aceite desasfaltado 80 tratados, donde dicho ajuste se basa en la medición de la contribución del contenido de azufre relativo de cada corriente 60 o 70 a la combinación 600.

[0088] En una realización fuera del alcance de esta invención, el petróleo ligero de baja permeabilidad o el condensado, o una combinación de petróleo ligero de baja permeabilidad o similar, como el gas no asociado y el condensado de producción de gas de esquisto, que tiene un bajo contenido de metales y un contenido de azufre menor que el nivel límite de contenido de azufre objetivo para el combustible 600 se combina con uno o más de entre (a) alimentaciones a la destilación atmosférica 100 o a la destilación al vacío 200, la separación con disolvente 300, cualquiera de las alimentaciones del destilado ligero 24, del destilado medio 26, del primer destilado pesado 28 o del segundo destilado pesado 32 al hidrotratador de destilados 430 o cualquiera de las alimentaciones de gasóleo ligero de vacío 36, gasóleo pesado de vacío 38 o aceite desasfaltado 80 al hidrotratador de aceite pesado 460 al hidrotratador de aceite pesado, o (b) la corriente 10 formada a partir de nafta de primera destilación natural no estabilizada 16 y corte de punto de ruptura del azufre 18, sin tratamiento agregado o (c) corriente formada a partir del hidrotratamiento de destilados que comprende nafta natural y diésel con contenido de azufre ultra bajo, o (d) corrientes formadas a partir del hidrotratamiento de aceite pesado que comprenden nafta natural, diésel con contenido de azufre ultra bajo y una segunda corriente con contenido de azufre reducido o (e) efluente combinado 70 de la unidad de hidrotratamiento 400 dirigido al producto combustible terminado 600 o (f) añadido de otra manera a un combustible producido en la instalación dentro o fuera del recinto de la instalación que produce dicho combustible para formar un producto combustible terminado.

[0089] En una variación mostrada en la FIG. 2, el contenido de azufre del producto combustible 600 se controla para que se encuentre en o por debajo de un nivel límite de contenido de azufre objetivo mediante (a) la alimentación a la combinación 600 de nafta de primera destilación natural no estabilizada 16 y corte de punto de ruptura del azufre 18, sin tratamiento adicional de ninguna de dichas corrientes a través de la línea 10, después (b) ajustar el nivel real de azufre del producto 600 aumentando o disminuyendo las cantidades de la combinación de uno o más de entre (1) corrientes de destilado ligero 24, destilado medio 26, primer destilado pesado 28 o segundo destilado pesado 32 a la zona 430 de hidrotratamiento del destilado, o (2) corrientes de gasóleo ligero de vacío 36, gasóleo pesado de vacío 38 o aceite desasfaltado 80 al hidrotratador de petróleo pesado 460, y (c) a continuación, disminuir las cantidades de la combinación de uno o más de cualquiera de entre (1) corrientes de la zona 430 de hidrotratamiento de destilados a través de la línea 60 formadas a partir del destilado ligero 24, medio destilado 26, primer destilado pesado 28 o segundo destilado pesado 32, (2) corrientes de la zona 460 de hidrotratamiento de petróleo pesado a través de la línea 70 formadas a partir de gasóleo ligero de vacío 36, gasóleo pesado de vacío 38 y aceite desasfaltado 80, si alguno o todos ellos fueran necesarios por cualquier motivo para aumentar el nivel real de azufre del producto 600 hasta el nivel objetivo de azufre, o (d) aumentar las cantidades de la combinación de uno o más de cualquiera de entre (1) dichas corrientes del hidrotratador 430 de destilados a través de la línea 60 o (2) corrientes del hidrotratador 460 de aceite pesado a través de la línea 70, si es necesario, por cualquier motivo, para disminuir el contenido real de azufre del producto 600 en o por debajo del nivel límite objetivo de contenido de azufre. Debido a dicha facilitación, pueden producirse eficientemente múltiples grados de azufre, por ejemplo, los destinados a combustibles de 500 ppm en peso o menos de azufre para turbinas de gas marinas y terrestres o diferentes rangos para las mismas aplicaciones en diferentes ubicaciones que requieren diferentes contenidos de azufre objetivo.

[0090] En las variaciones para el uso de fuelóleo con alto contenido de azufre que tiene un contenido de azufre mayor que el nivel límite de contenido de azufre objetivo del combustible terminado en la combinación 600, el fuelóleo con alto contenido de azufre se alimenta como parte de una o más de las diversas alimentaciones a una o más de cada operación unitaria. El fuelóleo con alto contenido de azufre se puede agregar a (a) la línea de alimentación 2 a la destilación atmosférica 100 o a la línea 30 a la destilación al vacío 200, o (b) a la línea 50 de separación con disolvente 300, o (c) la línea 20 al hidrotratador de destilados 430, ya sea por separado o combinado con uno o más de entre destilado ligero 24, destilado medio 26, primer destilado pesado 26 o segundo destilado pesado 32 se alimenta a dicho hidrotratador de destilados 430, o (d) la línea 40 al hidrotratador de aceite pesado 460, ya sea por separado o combinado con uno o más de entre gasóleo ligero de vacío 36, gasóleo pesado de vacío 38 y aceite desasfaltado 80, para formar una combinación de combustible 600 que tiene un contenido de azufre real en o por debajo de un nivel límite de contenido de azufre objetivo. Los expertos en la materia del refinado entienden que en la práctica de una o más de estas variaciones relativas al uso de un fuelóleo con alto contenido de azufre como alimentación y a la selección de su punto de alimentación, se tendrá en cuenta su contenido de azufre, su contenido de asfalteno y otros factores relativos a la naturaleza de la alimentación de fuelóleo con alto contenido de azufre y la compatibilidad con el crudo coprocesado u otras alimentaciones, el espacio del recipiente y el consumo de energía, el contenido de asfalteno, el contenido de componentes no disueltos, la formación de goma y otras cuestiones de eficiencia.

[0091] En otra variación, se forma un combustible limpio en la zona de combinación 600 al agregar un fuelóleo con alto contenido de azufre, que puede tener un contenido de azufre mayor que el nivel límite de contenido de azufre objetivo a una o más de entre (a) corrientes 10 formadas a partir de nafta de primera destilación natural no estabilizada 16 y corte de punto de ruptura del azufre 18 sin tratamiento adicional, dependiendo del contenido de azufre del fuelóleo con alto contenido de azufre o se agrega a (b) la corriente 60 formada a partir del hidrotratamiento 430 de destilados que comprende nafta natural y materiales de la gama del diésel con un contenido de azufre ultra bajo, o (c) la corriente 70 formada a partir del hidrotratador 460 de aceite pesado que comprende nafta natural, diésel con un contenido de azufre ultra bajo y una segunda corriente con contenido de azufre reducido o el efluente combinado 70 de la zona de hidrotratamiento 400, de modo que el combustible 600 tenga un contenido real de azufre en o por debajo del nivel límite objetivo de contenido de azufre.

[0092] En una variación preferida del uso de un fuelóleo con alto contenido de azufre en la fabricación de la composición de combustible 600, se determina el contenido de azufre de dicho fuelóleo, después el fuelóleo con alto contenido de azufre se alimenta como parte de la alimentación 50 a la unidad de separación con disolventes para formar una porción de una corriente de aceite desasfaltado 80 o se combina con una o más corrientes de entre destilado de destilado ligero 24, destilado medio 26, primer destilado pesado 26 o segundo destilado pesado 32 que se alimenta como parte de la alimentación 20 a dicho hidrotratador de destilados 430 o se combina con una o más corrientes de aceite pesado de gasóleo ligero de vacío 36, gasóleo pesado de vacío 38 y aceite desasfaltado 80, o ambas corrientes de destilado y corrientes de aceite pesado, para formar una parte de las alimentaciones al hidrotratador de destilados 430 o al hidrotratador de aceite pesado 460, o a ambos, según determine el contenido de azufre del fuelóleo con alto contenido de azufre para optimizar el ajuste de las condiciones de hidrotratamiento en las zonas 430 o 460, o ajustar ambas zonas, para formar un combustible que tenga un contenido de azufre real en o por debajo de un nivel límite objetivo de contenido de azufre.

[0093] En otra realización fuera del alcance de esta invención, se puede formar un combustible limpio en o por debajo de las especificaciones de límite de contenido de azufre mediante el uso de un aceite residual pesado, que incluye un fuelóleo con alto contenido de azufre que es típicamente un residuo atmosférico o más pesado, que puede tener una densidad o un contenido de azufre o de metales que esté fuera de las especificaciones o dentro de los estándares típicos para el fuelóleo con alto contenido de azufre. A menudo, debido a consideraciones del mercado, dicho aceite residual pesado está disponible de una fuente de suministro diferente a la que se encuentra dentro de los límites de suministro de una planta de combustibles. El residuo pesado que tiene un contenido de azufre mayor que el nivel límite de contenido de azufre objetivo del combustible 600 se alimenta a uno o más de entre (a) la torre de destilación al vacío 200 por separado o combinado a través de la línea 30 con la alimentación residual atmosférica a la torre de vacío 200 para producir al menos una parte de alguno o todos de entre dicho segundo destilado pesado 32, gasóleo ligero de vacío 36, gasóleo pesado de vacío o residuo de vacío 50, o (b) a la separación con disolvente 300 por separado o combinada a través de la línea 50 con alimentación de residuo de vacío a la separación con disolvente 300 para producir al menos una porción de aceite desasfaltado 80 o brea 90 con residuo pesado rico en metales que pasa al sistema de gasificación 500 para gasificación, recuperación de azufre y otros procesos auxiliares. Dicho aceite residual pesado también se puede combinar con brea a través de la línea 90 como alimentación a la isla de servicios 500. En algunas variaciones, cuando se utiliza fuelóleo con alto contenido de azufre no tratado con un contenido relativamente alto de azufre (superior al 0,5 % en peso) o de metales sin tratamiento para el ajuste del contenido de azufre del combustible 600, dicho uso se realiza en cantidades de ajuste relativamente pequeñas cuando se usa sin tratamiento para asegurar que la combinación 600 no exceda los límites objetivo del contenido de azufre.

[0094] El diagrama de flujo de la FIG. 2, que muestra diversos productos individuales intermedios, sirve para ilustrar y comprender los principales productos y subproductos de los efluentes de cada operación de unidad representada. Una variación seleccionada de separación o tratamiento por cada operación unitaria depende del crudo y de las alimentaciones seleccionadas y de la optimización de los productos intermedios producidos para producir combustible en o por debajo de la especificación objetivo de azufre. Por ejemplo, ambos efluentes 60 y 70 de los hidrotratadores 430 y 460 se pueden combinar dentro de la zona de hidrotratamiento 400 mediante el uso de un separador de gas-líquido común (no mostrado) si el diésel ultrabajo producido en la zona 430 no se separa y todos los materiales hidrotratados se combinan en la línea 70 como se muestra en la FIG. 2, solo se eliminan los gases. Alternativamente, si un objetivo del proceso es la separación o eliminación de parte de un poco de nafta natural o diésel con un contenido azufre ultrabajo para el control de ajuste del contenido de azufre del combustible de la zona 600 de combinación final o por otro motivo, los efluentes 60 y 70 de los hidrotratadores 430 y 460 pueden enviarse por separado o combinados en un separador o fraccionador para permitir la eliminación de una fracción de nafta natural o diésel con un contenido de azufre ultrabajo. A modo de ilustración, cuando el punto de inflamación del combustible no es un factor a tener en cuenta, un petróleo ligero de formaciones compactas no tratado o condensado, o una combinación de petróleo ligero de formaciones compactas no tratado o condensado, con bajo contenido de metales y un contenido de azufre menor que el contenido objetivo de azufre se agrega como parte de la combinación de dichas fracciones no tratadas con dichas corrientes tratadas para formar un combustible que tiene un contenido de azufre real en o por debajo de un contenido de azufre objetivo. El término " petróleo ligero de formaciones compactas " o "LTO", tal como se usa en este documento, significa un condensado de cabeza de pozo o condensado de gas de esquisto que tiene (i) un contenido de azufre en los rangos de 0,1 % en peso a 0,2 % en peso y (ii) una densidad, API (Deg) en el rango de 38 a 57 y (iii) variaciones amplias de fuentes basadas en rangos de hidrocarburos. Los LTO suelen tener rangos prospectivos de fracción de corte de destilación superpuestos, en porcentaje en peso de masa, de (a) 5 % a 20 % en peso de la gama del gas licuado de petróleo, (b) 10 % a 35 % en peso de nafta, (c) 15 % a 30 % en peso de queroseno, (d) 15 % a 25 % de diésel, (e) gasóleos al vacío y (f) nada (0 %) a 10 % de residuos pesados.

[0095] En una variación, fuera del alcance de esta invención, se proporciona coprocesamiento de (i) un crudo que tiene la calidad de aceite ligero de formaciones compactas no tratado o condensado, o una combinación de aceite ligero de formaciones compactas o condensado, por ejemplo, cuando las bases de producción de petróleo disponibles fuera de los límites de suministro de la planta de producción de combustible fuera del alcance de esta invención con (ii) con uno o más de otras alimentaciones de crudo para un proceso fuera del alcance de esta invención para producir un combustible de bajo coste que tiene un bajo contenido de metales y un contenido de azufre menor que un contenido objetivo de azufre.

Es probable que estos crudos ligeros de formaciones compactas, sin residuos pesados (por ejemplo, 0%o muy bajo contenido de residuos pesados), no contengan suficientes hidrocarburos más pesados en sus fracciones de fondo con rangos de residuos que proporcionen un equilibrio de procesamiento para la desulfuración u otro hidrotratamiento, ni suficientes residuos correspondientes para apoyar la generación de hidrógeno del proceso que permita un procesamiento rentable de estos crudos ligeros para hidrogenarlos para reducir el azufre y los metales para la descontaminación o lubricidad suficiente para apoyar su uso en ciertos tipos de motores.

[0096] Las realizaciones de combustibles fuera del alcance 2. de esta invención se aprecian mejor con referencia a la norma ISO 8217 emitida por la Organización Internacional de Normalización (ISO). La norma ISO 8217 describe categorías y especificaciones detalladas para una gama de combustibles residuales marinos destinados al consumo a bordo de barcos. Las especificaciones reconocen, como base para su desarrollo, las variaciones en los suministros de crudo, los métodos de refinado y otras condiciones. Dichas especificaciones indican que tienen en cuenta diversos requisitos internacionales para propiedades tales como el contenido de azufre. En la actualidad, la norma ISO 8217 más estricta es la RMA 10, en la que debe basarse la interpretación de las especificaciones y declaraciones. Sobre la base de composiciones simuladas de combustibles fuera del alcance de esta invención (realizadas mediante un modelo de simulación que divide el crudo en fracciones, algunas de las cuales se hidrotratan, y excluyendo el residuo que no es disolvente durante la separación con disolvente y después reconfigurando dichos segmentos no tratados y tratados), estas cumplen y/o superan todas las especificaciones ISO RMA 10 excepto el punto de inflamación que, para los buques de carga, se encuentra dentro de las excepciones SOLAS para los requisitos de punto de inflamación para los buques de carga, cuyos combustibles tienen mejoras o características novedosas que, según afirmamos, distinguen estos combustibles de dichos combustibles marinos de residuos.

[0097] En una variación, proporcionamos un combustible mejorado que cumple o supera todas las especificaciones de la norma ISO RMA 10 (ISO 2817-10), excepto el punto de inflamación, y que tiene alguna o todas las características distintivas siguientes: (a) azufre al 0,50 % m/m (% en peso) o inferior, preferiblemente en el rango de 0,05 a 0,20 m/m (% en peso), (b) metales a 5,0 mg/Kg (ppm en peso) o inferior, preferiblemente 1,0 mg/Kg (1,0 ppm en peso) o inferior, tal como a 0,2 mg/Kg (0,2 ppm en peso), y (c) punto de inflamación a no más de 60 °C y otras características mejoradas sobre las especificaciones ISO RMA 10. En variaciones, estos combustibles tienen una o más de estas características distintivas adicionales: (a) viscosidad a no más de 10 cSt, (b) un punto de fluidez de 0 (cero) °C o menos, (c) densidad en el rango de 820 a 880 Kg/M3, (d) CCAI a no más de 800, (e) sodio a 20 mg/Kg o inferior, preferiblemente 10 mg/Kg o inferior. Todo lo anterior se determina mediante ensayos o métodos de cálculo especificados en la norma ISO 2817-10. Dichos combustibles comprenden una gama de hidrocarburos que tienen un punto de ebullición inicial de nafta y el punto de ebullición más alto es el del punto de ebullición más alto de su componente que es soluble en un disolvente adecuado para la separación con disolventes, como el heptano. Los metales pueden reducirse a tan solo 100 ppmm en peso, dependiendo de la composición de la alimentación y del ajuste de las condiciones de funcionamiento.

[0098] Hemos descubierto que podemos producir a bajo coste este tipo de combustibles con un contenido de azufre y metales extremadamente bajo que entran dentro de una excepción SOLAS para los requisitos de punto de inflamación para los buques de carga. Si se requiere tratamiento de punto de inflamación para otros usos, en la técnica se conoce el tratamiento del punto de inflamación para obtener un punto de inflamación a 60 °C o superior, o tal requisito.

[0099] El uso de un combustible de bajo punto de fluidez y baja viscosidad fuera del alcance de esta invención en motores marinos evita o reduce el consumo de energía requerido en relación con el calentamiento de aceites residuales convencionales para permitir su bombeo y manipulación, ya sea en puertos en estaciones de abastecimiento de combustible o en el mar. Los aceites residuales pesados son espesos, necesitan calentarse y mantenerse calientes, debido a su punto de fluidez relativamente alto y alta viscosidad, durante todo el almacenamiento, bombeo y alimentación a los motores marinos, cuyo calentamiento consume energía.

[0100] La Tabla 1 a continuación muestra dos variaciones de combustibles fuera del alcance de esta invención, una de ellas con un contenido de azufre extremadamente bajo de 0,1 % en peso y la otra con un nivel aún más reducido de 0,05 % en peso de azufre comparado con la norma ISO RMA 10 que se muestra en la Tabla 1 a continuación: Tabla 1

[0101] Dichos combustibles que tienen las propiedades que se muestran en la Tabla 1 se distinguen además por comprender prácticamente toda la gama completa de hidrocarburos derivados del petróleo crudo de C3 o C5 hasta más de C20, teniendo dichos hidrocarburos un punto de ebullición inicial que es el punto de ebullición más bajo de cualquier fracción de dicho petróleo crudo en condiciones de destilación atmosférica y un punto de ebullición más alto que es el punto de ebullición final de la porción residual de dicho petróleo crudo que no es soluble en un disolvente adecuado para la separación con disolvente. Por el contrario, los residuos, ya sean residuos de destilación al vacío, residuos de desasfaltado con disolvente, otros coquizadores y similares, no contienen una gama tan amplia de hidrocarburos, sino que están limitados solo a materiales muy pesados.

[0102] Fuera del alcance de la invención, se proporciona la fabricación de combustibles ultralimpios que cumplen o superan los estándares de compatibilidad con los motores alternativos marinos actuales, pero que también son compatibles con las turbinas de gas de combustión avanzadas que pueden usarse en aplicaciones marinas. Dichos motores de turbina avanzados están disponibles en la actualidad, pero suelen estar basados en tierra. Estos motores de turbina avanzados, una vez movilizados a bordo de los barcos, pueden tener una gran ventaja de eficiencia, con menos corrosión o formación de cenizas, al quemar los combustibles fuera del alcance de esta invención durante el viaje. Además, dependiendo de la economía de combustible disponible en el puerto, los barcos pueden obtener una ventaja de eficiencia al presentar estos combustibles en el puerto para generar energía eléctrica y transmitir dicha energía a la red eléctrica local para obtener ingresos. Estos ingresos procedentes de la generación de energía en el puerto compensan los costes de combustible en el mar y pueden reducir el coste total real del combustible en el mar para el barco a un nivel inferior al del fuelóleo con alto contenido de azufre y, por lo tanto, compensar los costes derivados del uso de combustibles con bajo contenido de azufre fuera del alcance de esta invención, en caso de que estos combustibles resulten más caros durante el viaje. La ganancia final es para el medio ambiente, cuando en ciertas comparaciones de caso base, es posible lograr una reducción de más del noventa y cinco por ciento (95 %) en las emisiones de SOx y NOx y una reducción de potencialmente más del 99% (casi el 100%) de emisiones de metales nocivos durante el viaje. Además, el medio ambiente se beneficia de una reducción de CO2 de dos maneras: (i) la eficiencia de los motores avanzados de turbina de gas en los barcos y (ii) la eficiencia de la generación de energía en los puertos, donde se sustituye la combustión ineficiente de carbón, petróleo crudo, aceites residuales o algunos otros combustibles.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método técnico para reducir las emisiones en un puerto conectado a una red, comprendiendo el método:

(a) un análisis técnico para determinar la cantidad por kilovatio-hora (kWh) de una emisión seleccionada de entre el grupo de las emisiones de azufre y de metales procedentes de la generación de electricidad en tierra suministrada normalmente a la red en el puerto,

(b) un análisis técnico para determinar la cantidad por kWh de dicha emisión procedente de la generación de electricidad a bordo de un buque en el puerto, a continuación

(c) una comparación de (a) con (b) y si la cantidad de emisión determinada en (b) es inferior a la cantidad de emisión determinada en (a), el buque suministra a la red al menos una parte de la generación de electricidad a bordo.

2. Método según se reivindica en la reivindicación 1, en el que dicha generación de electricidad en tierra suministrada a la red en el puerto analizado en la etapa a) incluye la electricidad suministrada a dicho buque en el puerto.

3. Método de la reivindicación 1, que es un método para reducir las emisiones de azufre en el que la emisión analizada en las etapas (a) y (b) es la emisión de azufre.