ITMI952099A1 - Procedimento per ridurre la viscosita' di residui petroliferi pesanti - Google Patents
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Abstract
Procedimento per ridurra la viscosità di residui petroliferi pesanti, che comprende un primo stadio di visbreaking di residui petroliferi pesanti ed un secondo stadio di thermal cracking (II) di gasolio pesante formatosi nel processo di visbreaking, il suddetto thermal cracking producendo un residuo termico oltre a prodotti più leggeri, detto processo essendo caratterizzato dal fatto che:(a) si recupera pressoché totlamente il residuo termico ottenuto nello stadio di thermal cracking;(b) si rialimenta allo stadio di visbreaking una composizione costituita da residui petroliferi pesanti freschi diluiti con residuo termico recuperato nello stadio (a).
Description
La presente invenzione riguarda un procedimento per ridurre la viscosità di residui petroliferi pesanti .
Allo scopo di ottenere prodotti petroliferi meno viscosi a partire da residui petroliferi pesanti molto viscosi, sono largamente diffusi i processi di visbreaking, descritti ad esempio in Beuther et al. "Thermal Visbreaking of Heavy Residues", The Oil and Gas Journal", 57:46, Nov.9, 1959, pp. 151-175; oppure descritti in Rhoe et al. "Visbreaking : A Flexible Process"", Hydrocarbon Processing, January 1979, pp. 131-136.
I suddetti processi possono essere applicati a varie correnti di raffineria, come i residui atmosferici o vacuum, gli estratti con furfurolo, i residui deasfaltati con propano, i residui di cracking catalitico.
I processi di visbreaking sono processi termici, effettuati in condizioni relativamente blande, che danno luogo a frazioni idrocarburiche più leggere. Tipicamente i processi di visbreaking danno luogo a gas, g.p.l., nafta e gasolio, distillati pesanti.
I processi di visbreaking sono spesso affiancati da processi di thermal cracking in cui il gasolio pesante da vuoto, proveniente dal visbreaking, viene sottoposto a cracking termico in condizioni più drastiche del precedente stadio di visbreaking. In tal modo si recuperano altre frazioni più leggere.
Questi processi combinati (visbreaking thermal cracking) presentano tuttavia lo svantaggio di produrre quantità rilevanti di residui che, date le loro caratteristiche chimico-fisiche (ad esempio densità, viscosità e curva di distillazione), possono essere utilizzati solamente come olio combustibile, previo eventuale flussaggio con gasolio.
Era quindi sentita l'esigenza di trovare nuovi processi termici altrettanto efficaci ma che dessero luogo a minori quantità dei suddetti residui.
E' stato ora trovato un procedimento per ridurre la viscosità di residui petroliferi pesanti che supera gli inconvenienti dei processi combinati soprariportati, in quanto non solo riduce ma elimina in modo pressoché totale i residui da thermal-cracking .
In accordo con ciò, la presente invenzione riguarda un procedimento per ridurre la viscosità di residui petroliferi pesanti, che comprende un primo stadio di visbreaking (I) di residui petroliferi pesanti ed un secondo stadio di thermal cracking (II) di gasolio pesante formatosi nel processo di visbreaking, il suddetto thermal cracking producendo un residuo termico oltre a prodotti più leggeri, detto processo essendo caratterizzato dal fatto che:
(a) si recupera pressoché totalmente il residuo termico ottenuto nello stadio di thermal cracking;
(b) si rialimenta allo stadio di visbreaking una composizione costituita da residui petroliferi pesanti freschi diluiti con residuo termico recuperato nello stadio (a).
Con il termine visbreaking si intende il processo, ben noto nella prior art, con cui si riduce la viscosità di frazioni petrolifere pesanti. I suddetti processi di visbreaking possono essere effettuati, come noto, sul residuo petrolifero pesante in assenza o in presenza di idrogeno (hydrovisbreaking) , oppure in presenza dei cosiddetti solventi donatori di idrogeno (vedi ad esempio US-A-2,953,513), oppure in presenza di idrogeno e di solvente donatore (vedi US-A-4,292,168) ed anche in presenza di catalizzatori (vedi ad esempio US-A-5,057,204) .
Nella forma di attuazione preferita, il processo di visbreaking (I) viene effettuato in assenza di idrogeno, di catalizzatori e di solventi donatori di idrogeno. Esso consiste nell'alimentare il residuo petrolifero pesante in un forno riscaldato alla temperatura desiderata per un tempo prefissato .
Come nella maggior parte dei processi petroliferi, esiste una correlazione tra temperatura di reazione e tempo di permanenza dei reagenti. Così un processo di visbreaking sarà più severo di un altro se, a parità di temperatura, il tempo di residenza è superiore.
Usualmente il processo di visbreaking può essere effettuato con uno o più forni, ma in ogni caso la temperatura del o del forni di visbreaking è compresa tra 350 e 525 °C, preferibilmente da 380 a 500 °C, con un tempo di residenza da 2 a 20 minuti, preferibilmente da 3 a 10.
Come sopra accennato, i residui petroliferi pesanti da sottoporre allo stadio di visbreaking (I) possono provenire da varie correnti di raffineria.
Così il processo di visbreaking (I) può essere applicato a svariate frazioni petrolifere pesanti, come residui vacuum, residui atmosferici, estratti con furfurolo, residui deasfaltati con propano, residui di cracking catalitico, bitumi. Generalmente almeno il 75% in peso dei componenti il residuo petrolifero pesante ha un punto di ebollizione superiore a 370°C. I suddetti residui petroliferi pesanti possono contenere anche impurezze dovute ad eteroatomi, ad esempio azoto o zolfo, ed a metalli, particolarmente Vanadio.
Nella forma di attuazione preferita, il residuo petrolifero pesante alimentato allo stadio di visbreaking (I) è essenzialmente costituito da residuo atmosferico. Usualmente i residui atmosferici hanno le seguenti caratteristiche: densità da 0.940 a 1.000 g/cm<3>; punto iniziale di distillazione (secondo la norma ASTM D 1160), da 180 a 220°C; temperatura a cui distilla il 5% in volume da 330 a 370<">C; temperatura a cui distilla il 10% in volume da 380 a 410'C; temperatura a cui distilla il 50% in volume da 490 a 520°C.
Lo stadio di visbreaking (I) dà luogo ad una molteplicità di frazioni idrocarburiche. Usualmente vengono recuperate le seguenti frazioni: a) gas e g.p.l., b) nafta, c) gasolio, d) distillato pesante da vuoto e) residuo vuoto olio combustibile e/o bitume .
Per la realizzazione del procedimento della presente invenzione, è irrilevante la separazione dei prodotti di visbreaking nelle frazioni soprariportate. E' tuttavia preferibile recuperare le frazioni ad alto valore aggiunto come nafta e gasolio.
E' invece essenziale recuperare parte o tutta la frazione gasolio pesante vuoto, altrimenti nota come HVGO (high vacuum gas-oil). Trattasi di una frazione idrocarburica avente densità a 15 °C da 0.880 a 0.980 g/cm , un punto iniziale di distillazione (ASTM D 1160) da 240 a 290°C ed un punto finale di distillazione da 530 a 590°C.
Questo gasolio pesante vuoto è usualmente recuperato, almeno in gran parte, mediante distillazione sotto vuoto, comunemente a circa 20-40 mmHg.
Altro gasolio pesante vuoto è ricuperabile come fondo colonna da una colonna di distillazione a pressione atmosferica o a pressioni leggermente superiori alla pressione atmosferica, usualmente a pressioni di 2-4 bar. Le caratteristiche di questa frazione (ossia del residuo colonna a pressione atmosferica) ricadono nell'intervallo soprariportato per il gasolio pesante vuoto. Di conseguenza quando si parla di gasolio pesante vuoto ottenuto a valle del processo di visbreaking (I), si intende sia quello ricuperabile mediante distillazione a pressione ridotta, sia quello ricuperabile come residuo atmosferico .
Allo stadio di cracking termico (II) viene alimentata parte o tutto il gasolio pesante da vuoto cosi separato. Nel caso si alimenti al cracking termico solo una parte del suddetto gasolio pesante da vuoto, la parte rimanente potrà essere una qualsiasi altra frazione petrolifera avente le medesime caratteristiche chimico-fisiche sopra riportate per il gasolio pesante vuoto. Il residuo vacuum del topping è una tipica frazione eventualmente utilizzabili in alimentazione al thermal cracking (II) assieme al gasolio pesante vuoto recuperato a valle del processo di visbreaking.
E' tuttavia preferibile che lo stadio di cracking termico venga alimentato con tutta la frazione gasolio pesante da vuoto recuperata dopo il visbreaking .
E' ovvio che, nel caso in cui il forno di thermal cracking sia dimensionato per lavorare con quantità di gasolio pesante da vuoto superiore a quanto proveniente dal visbreaking, è necessario utilizzare anche altre frazioni petroliferi aventi le caratteristiche del gasolio pesante da vuoto.
Nel caso in cui il forno di thermal cracking sia invece dimensionato per lavorare quantità di gasolio pesante da vuoto inferiori alle quantità isolate dopo lo stadio di visbreaking, sarà necessario spurgare parte del gasolio pesante vuoto o separarne solamente la quantità desiderata.
Lo stadio di thermal cracking (II) viene effettuato in condizioni più severe dello stadio di visbreaking (I), quindi o a temperature più elevate, a parità di tempo di residenza, o con tempi di residenza maggiori, a parità di temperatura.
Usualmente la temperatura dello stadio di thermal cracking (II) è da 450 a 510°C e i tempi di residenza sono da 20 a 60 minuti.
Al termine dello stadio di thermal cracking si recupera la frazione chiamata residuo termico, che è costituito da quanto esce dal thermal cracking previo allontanamento della frazioni leggere (350 °C-).
Usualmente la corrente in uscita dal thermal cracking viene alimentata in un separatore dove si separano le frazioni più leggere, ossia quelle 350'C-. Il rimanente è costituito dal residuo termico, che ha una densità a 15'C da 1.00 a 1.07 un P value (determinato secondo metodo Shell N' 1600 del 1983) da 1.4 a 2.3, un punto iniziale di distillazione (secondo la norma ASTM D 1160), da 180 a 220°C, la temperatura a cui distilla il 50% da 440 a 490'C, la temperatura a cui distilla il 90% da 570 a 610°C.
Il residuo termico così recuperato viene miscelato con altro residuo petrolifero pesante, uguale o diverso dalla carica iniziale, e la miscela così costituita viene rialìmentata allo stadio di visbreaking (I).
La miscela di residuo petrolifero pesante e di residuo termico è preferibilmente costituita per il 5-50% peso, più preferibilmente da 10 a 40% peso, ancor più preferibilmente da 20 a 30% peso, da residuo termico, il complemento a 100 essendo costituito da frazione petrolifera pesante.
Il procedimento della presente invenzione consente di eliminare pressoché totalmente il residuo termico in un impianto combinato di visbreaking thermal cracking.
La figura 1 rappresenta lo schema del procedimento della presente invenzione.
Nella suddetta figura, (A) rappresenta l'impianto di visbreaking, (B) l'unità di distillazione sotto vuoto, (C) l'unità di Thermal Cracking, (D) l'unità di distillazione atmosferica.
Per quanto concerne le correnti di figura 1, (1) è il residuo petrolifero pesante, (2) è il Gasolio leggero Vuoto, (3) è il Gasolio pesante Vuoto, (4) è il Residuo Visbreaking, (5) è il Gasolio pesante vuoto da esterno; (6) è il riciclo fondo frazionatore; (7) è il Residuo termico.
Nella figura 1 è rappresentato l'impianto Visbreaker (A), alimentato dal residuo petrolifero pesante (1). Da tale impianto si ottiene una corrente leggera, da inviare ad una unità di distillazione atmosferica (D), e una corrente pesante, da inviare ad una unità di distillazione sotto vuoto (B). Da tale unità si ottengono una frazione di gasolio leggero vuoto (2), che viene alimentato all'unità di distillazione atmosferica (D), una frazione di gasolio pesante vuoto (3), ed un residuo visbreaking, che verrà utilizzato come componente per oli combustili. La frazione di gasolio pesante vuoto (3) costituisce la carica per l'impianto Thermal Cracker (C), insieme al gasolio pesante ottenuto come residuo (6) dell'unità di frazionamento atmosferico (D), ed insieme ad eventuali cariche di simile composizione, di provenienza diversa. Dall'impianto Thermal Cracker (C) si ottiene una frazione leggera, da alimentare all'unità di distillazione atmosferica (D), ed un residuo termico, che costituisce il riciclo all'impianto di Visbreaker.
La figura 2 rappresenta, a titolo comparativo, un processo convenzionale della prior art, in cui, al termine dello stadio di thermal cracking, non si ha riciclo del residuo termico.
I seguenti esempi vengono riportati per una migliore illustrazione della presente invenzione. ESEMPI
Vengono effettuate in raffineria due marce alimentando in entrambi i casi un residuo atmosferico avente le seguenti caratteristiche:
Densità a 15°C : 0.981 P Value : 2.10 Residuo carbonioso Conradson : 9.70% Viscosità a 50 °C : 49.3 cSt Zolfo totale : 2.82% Distillazione ASTM D1160
Punto di ebollizione iniziale : 197°C Evaporato 5% Volume : 343'C Evaporato 10% Volume : 393°C Evaporato 20% Volume 429 °C Evaporato 30% Volume 455 °C Evaporato 40% Volume 480 °C Evaporato 50% Volume 512 °C Evaporato 60% Volume 552 °C Evaporato 70% Volume 609°C Evaporato 80% Volume 655 °C Evaporato 90% Volume 711 °C Evaporato 95% Volume 822 °C Punto finale 850 °C L'alimentazione al Thermal Cracking (II) aveva le seguenti caratteristiche:
Densità a 15°C 0.975 Residuo carbonioso Conradson 1.04% Distillazione ASTM D1160
Punto di ebollizione iniziale : 275 °C Evaporato 5% Volume : 325 °C Evaporato 10% Volume : 348 °C Evaporato 20% Volume : 375 °C Evaporato 30% Volume : 398 °C Evaporato 40% Volume : 414°C Evaporato 50% Volume : 436 °C Evaporato 60% Volume : 448 °C Evaporato 70% Volume : 468 °C Evaporato 80% Volume : 485 °C Evaporato 90% Volume : 510 °C
Evaporato 95% Volume : 535 °C
Punto finale : 587 °C
Con riferimento alla figura 1, l'alimentazione al Thermal Cracking è costituita (in entrambe le prove 1 e 2) per il 60% da HVGO dall'unità di distillazione sotto vuoto (B), per il 30% dal fondo del frazionatore atmosferico (D), e per il restante 10% da gasolio pesante ex vacuum pot del topping, frazione quest'ultima evidentemente proveniente da altre parti della raffineria.
Il residuo termico, dopo eliminazione dei leggeri, aveva le seguenti caratteristiche:
Densità a 15 °C 1.053
P value : 2.00
Zolfo Totale : 3.68%
Distillazione ASTM D1160
Punto di ebollizione iniziale : 205 °C
Distillazione ASTM D 86
Evaporato 5% Volume 383 °C
Evaporato 10% Volume 408 °C
Evaporato 20% Volume 426 °C
Evaporato 30% Volume 442 °C
Evaporato 40% Volume 456 °C
Evaporato 50% Volume 474 °C Evaporato 60% Volume : 490 °C Evaporato 70% Volume : 520 °C Evaporato 80% Volume : 544<e>C Evaporato 90% Volume : 594 °C Evaporato 95% Volume : 618°C Punto finale : >750°C Nella prova comparativa 2 il residuo termico veniva flussato con gasolio a dare olio combustibile ed il successivo stadio di visbreaking veniva alimentato con altro residuo petrolifero pesante fresco .
Nella prova 1 il residuo termico veniva miscelato con altro residuo petrolifero pesante, ed il tutto inviato al visbreaking (I). La suddetta composizione era costituita per il 25% da residuo termico e per il restante 75% da residuo petrolifero pesante fresco.
Le due marce sono state effettuate secondo lo schema delle figure 1 e 2, ossia la prova 1 è stata effettuata riciclando pressoché totalmente il residuo termico in uscita allo stadio di cracking termico, mentre la prova comparativa 2 è stata effettuata secondo lo schema di figura 2, ossia senza riciclare il residuo termico ottenuto in uscita dallo stadio di thermal cracking.
Nella suddetta sperimentazione la temperatura del fondo di visbreaking è di 485 °C, mentre la temperatura del forno di thermal cracking è di 495 °C.
I risultati delle due prove, effettuate entrambe per una durata di 20 giorni, sono riportati in tabella 1.
TABELLA 1
I dati di resa soprariportati, che si riferiscono a valori medi, evidenziano come il processo della presente invenzione porti ad un deciso miglioramento nelle rese in gasoli (circa il 9%) e ad un minore aumento (circa il 2%) nei distillati C7-140°C. Meno rilevante è l'aumento degli altri distillati .
Un risultato molto importante è dato dalla riduzione consistente dei residui (di visbreaking thermal cracking) di oltre 10 punti percentuali, e quindi, proporzionalmente, della quantità di gasolio impiegata come flussante.
Claims (6)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per ridurre la viscosità di residui petroliferi pesanti, che comprende un primo stadio di visbreaking di residui petroliferi pesanti ed un secondo stadio di thermal cracking di gasolio pesante formatosi nel processo di visbreaking, il suddetto thermal cracking producendo un residuo termico oltre a prodotti più leggeri, detto processo essendo caratterizzato dal fatto che: (a) si recupera pressoché totalmente il residuo termico ottenuto nello stadio di thermal cracking; (b) si rialimenta allo stadio di visbreaking una composizione costituita da residui petroliferi pesanti freschi diluiti con residuo termico recuperato nello stadio (a).
- 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il processo di visbreaking viene effettuato in assenza di idrogeno, di catalizzatori e di solventi donatori di idrogeno.
- 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il residuo petrolifero pesante è essenzialmente costituito da residuo atmosferico
- 4. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che si rialimenta allo stadio di visbreaking una miscela di residuo petrolifero pesante fresco e di residuo termico costituita per il 5-50% peso da residuo termico, il complemento a 100 essendo costituito da residuo petrolifero pesante fresco.
- 5. Procedimento secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la composizione rialimentata allo stadio di visbreaking è costituita da residuo termico per il 10-40% peso .
- 6. Procedimento secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che la composizione rialimentata allo stadio di visbreaking è costituita da residuo termico per il 20-30% peso .
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