MX2008004832A - Gasificacion catalitica con vapor de coque de petroleo a metano - Google Patents

Abstract

La presente invención proporciona un proceso catalítico de gasificación de vapor de gasificación de coque de petróleo. La composición de sólidos dentro del reactor de gasificación de la invención descrita se mantiene mediante el control de la composición de catalizador de la alimentación. El proceso utiliza agua sulfurosa los gases productos crudos de gasificación para remover y reciclar el catalizador. Las partículas finas generadas en el manejo del coque se utilizan ventajosamente para incrementar la eficiencia del proceso.

Description

GASIFICACIÓN CATALÍTICA CON VAPOR DE COQUE DE PETRÓLEO A METANO Campo de la Invención La presente invención se refiere a un proceso para convertir coque de petróleo a una fuente de energía adecuada para uso inmediato o para transporte. Más particularmente, la presente invención se refiere a un proceso para convertir coque de petróleo a gases combustibles, tal como metano. Aún más particularmente, la presente invención se refiere a un proceso para convertir coque de petróleo a metano de calidad de tubería, en donde las corrientes de flujo del proceso hacia y desde el reactor se usan ventajosamente para maximizar el rendimiento a partir de la alimentación de coque de petróleo sin producción indebida de corrientes de desecho y pérdida de catalizador. Antecedentes Desde hace mucho ha sido una preocupación el que las reservas conocidas de petróleo se están consumiendo rápidamente y q ue la exploración de nuevas reservas se está volviendo más y más difícil , lo que resulta en el prospecto de una seria disminución de la disponibilidad de petróleo crudo. Desafortunadamente, se espera que esta disminución coincida con la demanda creciente de energ ía en todo el mundo. Así, existe una necesidad de desarrollar fuentes de energía adicionales, particularmente en formas compatibles con las tecnologías actuales que dependen de combustibles con base en petróleo. Una sugerencia ha sido convertir carbón a formas que pueden ser transportadas más rápidamente en tuberías, quizás aun en tuberías existentes. Así, se ha sugerido que hacer pasta de carbón con agua o aceite de manera que pueda ser transportada por tubería. Sin embargo, hay numerosas dificultades en el intento de transportar carbón de esta manera. Por ejemplo, se ha probado que es difícil mantener el carbón en suspensión como una mezcla uniforme sin asentamiento indebido. Además, aun si se superan esas dificultades, sería muy deseable desarrollar fuentes adicionales de energía que puedan ser transportadas fácilmente por camión tanque o tubería. Sería muy deseable también mejorar la eficiencia de los procesos actuales de petróleo crudo de manera que se pueda asegurar más valor de energía de un barril dado de crudo. En una refinería de petróleo, el aceite crudo se convierte en un producto de asfalto que incluye gasolina, aceite para calentamiento, y materias primas petroquímicas. El paso inicial es destilar el crudo a presión atmosférica para separar y remover las fracciones ligeras. La fracción no evaporada se sujeta a destilación al vacío. Estos procesos de destilación intentan obtener un rendimiento máximo de productos de hidrocarburos líquidos y gaseosos a partir del crudo original . Se pueden extraer líquido y vapor adicionales a partir de la fracción pesada que permanece después de la destilación al vacío sujetando tal material a descomposición térmica usualmente en reactores llamados "coquizadores" (cokers), en donde la fracción más pesada del aceite crudo original es convertida a un producto sólido, llamado convencionalmente coque de petróleo. El coque de petróleo es un producto de refinería no muy valioso. Ha encontrado solamente algunos usos, por ejemplo, la fabricación de electrodos. Además, puesto que es un sólido es difícil transportarlo fuera de la refinería. Además, a diferencia de otros materiales sólidos con base en carbón, el coque de petróleo contiene muy poco material volátil, haciéndolo difícil de quemar. Como tal, el coque de petróleo no es un buen combustible para combustión en operaciones en curso de refinería que requieren calor. En consecuencia, sería muy deseable un proceso para convertir coque de petróleo de bajo valor en una fuente de energía más utilizable. Sería todavía más deseable convertir el coque de petróleo en una fuente de energía que sea libremente transportable en infraestructura existente tal como tuberías. Además, conforme la industria se enfoca a refinar aceites crudos más y más pesados, esta necesidad de convertir coque de petróleo en una fuente de energía más útil y conveniente que hace más aparente. Una sugerencia para tratar materiales carbonosos sólidos, tales como carbón o coque de petróleo, es convertir los sólidos en una corriente gaseosa, tal como metano. En los 1 970s, se sugirió un proceso para convertir carbón en metano en la patente de E. U . No. 4,094,650 de Koh et al. Los titulares en ésa sugieren que el proceso podría aplicarse a otras fuentes carbonosas, tal como coque de petróleo. Sin embargo, no fueron proporcionados detalles con respecto a la aplicación el proceso al coque de petróleo. Alguien experto en la técnica entenderá que hay dificultades significativas en la conversión de un proceso que utiliza carbón como la fuente de alimentación a uno que utiliza coque de petróleo. Por ejemplo, el primer paso para utilizar ya sea carbono o coque es triturar la alimentación a partículas de tamaño apropiado. Este proceso genera invariablemente grandes cantidades de finos los cuales son partículas sólidas más pequeñas que malla 325 en la Escala de Mallas Estándar de E. U. (U. S. Standard Sieve Scale). Como se indica más adelante, los finos de carbón pueden usarse como una fuente de combustible en quemadores convencionales, de manera que los finos de carbón no representan una carga indebida en las operaciones de la refinería. Sin em bargo, los finos de coque de petróleo contienen tan poca materia volátil que no son adecuados para combustión en quemadores típicos. Alguien experto podría entender también que los esquemas de flujo para utilizar carbón como una fuente de alimentación deben ser muy diferentes a cuando el coque de petróleo es la alimentación en lugar de carbón debido a las composiciones diferentes de estos materiales. Por ejemplo, el carbón contiene una alta cantidad de materia mineral la cual debe ser tratada de manera diferente a los materiales carbonosos relativamente puros. Para esta finalidad, se verá que el proceso Koh agrega de 10 a 20% de compuesto de metal alcalino al carbón de alimentación, y utiliza un sistema complicado de recuperación de catalizador para separar la materia mineral y reciclar el catalizador extraído como parte de la purga sólida. Cerca de un tercio del catalizador extraído en ese proceso está unido irrecuperablemente a la materia mineral y es perdido. Grandes cantidades de agua sulforosa, generada en el curso del proceso, son dirigidas a una instalación de tratamiento de aguas sulfurosas sin utilización posterior en el esquema de flujo del proceso. La patente de E. U. No. 4,284,41 6 de Nahas describe un proceso para convertir carbón en metano, en donde una pasta de partículas de carbón y catalizador de metal alcalino acuoso se seca en una cama fluidizada usando vapor sobrecalentado para convertir la mayor parte del agua de la pasta en vapor y en donde el vapor neto del secador de la pasta se usa en la gasificación. Este proceso emplea el agua sulfurosa condensada del vapor sin reaccionar en el agua de la pasta de alimentación. Sin embargo, se requiere un proceso de recuperación de catalizador para lixiviar el catalizador a partir de la purga de sólidos y reciclar al tanque de mezclado de alimentación. El agua sulfurosa no se usa para transportar el catalizador de regreso a la alimentación. Sería necesario que el agua de la pasta de alimentación contuviera suficiente compuesto de metal alcalino disuelto para depositar de 10 a 20% del compuesto de metal alcalino en el carbón, como se enseña por Koh et al. Tampoco se hace mención en ésa con respecto a una consideración de los finos generados durante la trituración inicial de la alimentación sólida.

La patente de E. U . No. 6,955,695 de Nahas describe un sistema de reactor de gasificación catalítica mejorado para la gasificación de residuos de petróleo a metano. El residuo de petróleo se define como cualquier material de alimentación que contiene más de 50% de residuo que no se evapora por debajo de una temperatura de 565.5° C equivalente a la presión atmosférica. El sistema de reactor emplea un proceso de dos etapas superior/inferior, en donde los sólidos de una cama fluidizada inferior de catalizador sólido en partículas se com binan con alimentación fresca y se transportan a la etapa superior. Las partículas en la etapa superior que contienen carbón y catalizador de metal alcalino circulan a la etapa inferior, mientras que vapor sobrecalentado e hidrógeno reciclado y monóxido de carbono se alimentan debajo de la etapa inferior. Ambas etapas se mantienen el estado fluidizado. Esta revelación describe la conversión de residuos de petróleo a coque de petróleo dentro del reactor de gasificación, y no hay descripción de un proceso que pueda utilizar coque sólido de petróleo como la alimentación para producir una corriente de metano de alta calidad. La especificación describe un rango preferido de composición de sólidos para los sólidos del gasificador de estado estable, pero no describe el control de la concentración del catalizador en una pasta acuosa de alimentación de coque de petróleo como un medio de mantener la com posición de los sólidos del gasificador dentro del rango preferido. Alguien experto en la técnica entenderá las diferencias y dificultades considerables encontradas cuando se em plea una alimentación sólida, en oposición a un residuo de petróleo líquido. Esta descripción carece también de cualquier mención de la utilización de agua sulfurosa para formar una pasta con alimentación carbonosa sólida, y así comprensiblemente, puesto que esta solicitud no está relacionada con una alimentación sólida y los problemas incidentes con la misma. Así, es un objetivo de la presente invención proporcionar un proceso para convertir coque de petróleo en una corriente de energía de alto grado. Es también un objetivo de la presente invención proporcionar un proceso para convertir coque de petróleo en una forma adecuada para transportar en una red actualmente existente. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un proceso para convertir coque de petróleo en una corriente de metano de alto grado adecuada para embarcar en una red de tubería, o en camiones tanque, para ser distribuido rápidamente en terminales y los similares. Un objetivo más de la presente invención es proporcionar un proceso eficiente de gasificación catalizada para convertir coque de petróleo en metano, sin la necesidad de un sistema complicado para la recuperación de catalizador. El proceso/sistema descrito en la presente proporciona purificación de producto y reciclado del catalizador integrados y emplea el uso de sólidos gastados para desplazar amoníaco del agua sulfurosa, minimizando el tratamiento de desperdicios requerido. El proceso eficiente permite casi el 1 00% de conversión de carbón para producir metano de calidad de tubería. Estos y otros objetivos de la invención serán aparentes a partir de la siguiente breve descripción y descripción de la invención. Breve Descripción de la Invención La presente invención proporciona un proceso para convertir coque de petróleo a metano en donde el coque de petróleo y el catalizador que tiene actividad de gasificación a vapor se introducen a una zona de secado de pasta y generación de vapor para formar una pasta de alimentación. La pasta de alimentación se introduce a un secador de pasta en donde se mezcla con una corriente de vapor sobrecalentado para producir vapor adicional a partir del agua de la pasta y una mezcla de sólidos sustancialmente seca de coque de petróleo impregnado con catalizador. La mezcla sólida seca y el vapor neto producido se introducen a una zona de gasificación donde la mezcla sólida seca se mezcla con corrientes de vapor, H2 y CO a temperatura y presión elevadas para producir una corriente de producto crudo constituido por CH4, H2S, C02, H2 Y H20. En otra modalidad, el coque de petróleo y el catalizador se introducen directamente a la zona de gasificación . Una purga de sólidos se extrae de la zona de gasificación en una cantidad suficiente para mantener una carga de estado estable de compuestos inorgánicos sólidos dentro de la zona de gasificación. El vapor sin reaccionar y sólidos arrastrados son removidos de la corriente de producto crudo para producir agua sulfurosa y una corriente de producto crudo enfriada. La purga de sólidos constituida por catalizador y otros sólidos se combina con el agua sulfurosa para disolver el catalizador y formar una solución acuosa diluida de catalizador y para liberar amon íaco del agua sulfurosa. Los sólidos se separan de la solución acuosa diluida de catalizador. La solución acuosa diluida de catalizador se despoja con gas producto crudo enfriado, y se recicla a la pasta de alimentación. Se recupera metano del gas producto crudo. Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es un diagrama esquemático de las zonas que pueden utilizarse en los procesos de la invención, en cuya Zona 1 00 representa el sistema de pasta representado en la Figura 2, la Zona 200 representa el sistema de gasificación representado en la Figura 3, la Zona 300 representa el tratamiento de los sólidos gastados representado en la Figura 4, y la Zona 400 representa el procesamiento de gas convencional no mostrado de otra forma . La Figura 2 es un diagrama de flujo de una zona de secado de pasta y generación de vapor. La Figura 3 es un diagrama de flujo de una zona de gasificación. La Figura 4 es un diagrama de flujo de una zona de tratamiento de sólidos. Descripción Detallada de las Varias Modalidades En el esquema de flujo de proceso que sigue, la presente invención proporciona un proceso integrado para convertir coque de petróleo en metano. El proceso utiliza eficientemente finos producidos durante un proceso de pulverización sin desperdicio indebido. Además, se utiliza agua sulfurosa generada durante el proceso para capturar y reciclar catalizador para eficiencias adicionales. Así, haciendo referencia a la Figura 1 , el proceso puede incluir zonas para secar pasta de alimentación y generación de vapor, gasificación, tratamiento de sólidos gastados, y separación de prod ucto. El coque de petróleo tiene típicamente una composición de aproximadamente 88.6% de carbono, 2.8% de hidrógeno, 7.3% de azufre, 1 .1 % de nitrógeno y 0.2% de cenizas (porcentaje en masa, base seca). El coque de petróleo se remueve típicamente a partir de un reactor de coquizado medíante una corriente de agua a alta presión. La alimentación de coque puede contener hasta 10% de humedad en peso. El coque de petróleo se tritura hasta un tamaño de partícula menor que malla 30, y más preferiblemente hasta un tamaño de partícula de malla 30 a 1 00 en la Escala de Malla Estándar de EU. Haciendo referencia a la zona 100 de secado de pasta y generación de vapor mostrada en la Figura 2, las partículas de coque se transportan desde un área de almacenamiento o de preparación hasta una tolva de alimentación y después a través de la línea 10 hasta un tanque 12 de mezclado de pasta. El material sólido de alimentación puede ser transportado mediante cualquiera de varios métodos. Un método preferido es transportar neumáticamente los sólidos a la tolva de alimentación y al tanque de mezclado de pasta mediante gas inerte portador. Los finos sólidos producidos durante la pulverización o trituración y los procesos de transportación se recuperan a partir del medio neumático de transferencia lavando con agua de pasta mediante equipo convencional. Lavando los finos con agua de pasta de alimentación y dirigiendo la mezcla a la zona de secado de pasta de alimentación, los finos pueden ser aglomerados en partículas suficientemente grandes para ser gasificados en la zona de gasificación. Esto permite un mayor rendimiento global de carbón sólido para prod uctos de gasificación y otros procesos de gasificación. Las partículas de coque transportadas vía la línea 1 0 y cualesquiera finos recuperados son alimentados al tanque 12 de mezcla de pasta donde son impregnados con un catalizador que tiene actividad de gasificación de vapor. Un catalizador adecuado puede comprender metales alcalinos, compuestos de metal alcalino o mezclas de los mismos. Los compuestos de metal alcalino adecuados incluyen carbonatos, bicarbonatos, formatos, oxalatos, amidas, hidróxidos, acetatos, sulfuros de metal alcalino o com puestos similares. El catalizador comprende de preferencia uno o más de Na2C03, K2C03, Rb2C03, Li2C03, Cs2C03, NaOH , KOH, RbOH o CsOH , y más preferiblemente comprende carbonato de potasio o hidróxido de potasio. El tanque 1 2 opera a temperaturas en el rango de 37.8° C a 82.2° C y presión atmosférica. El catalizador puede ser introducido al tanque 12 a partir de varias fuentes. De manera ventajosa, de acuerdo con un aspecto de la presente invención, el producto se condensa del separador 101 en la zona 300 de tratamiento de sólidos gastados la cual está constituido de una solución acuosa diluida, se introduce al tanque 12 de mezclado de pasta a una temperatura de aproximadamente 65.5° C. De esta manera, el producto condensado, conteniendo cantidades apreciables de ácidos (aludidos con frecuencia como agua sulfurosa) se utiliza en el proceso, evitando o minimizando así la necesidad de operaciones costosas de tratamiento de deshechos. También se puede introducir catalizador al tanque 12 a través de la línea 24, la cual transporta pasta acuosa que comprende sustancialmente todos los sólidos arrastrados el vapor que sale del secador 20 de pasta. Finalmente, se puede agregar catalizador de reposición a través de la línea 11, según sea necesario, elevar la concentración del catalizador hasta el nivel deseado dentro del tanque 12 de mezclado de pasta. En operación de estado estable, la concentración deseada del catalizador está entre 0.5 y 15% en masa. Al determinar la cantidad de catalizador usado en la presente, las cantidades y proporciones están basadas en la cantidad de álcali en el catalizador y la cantidad de cenizas en el coque de petróleo. El contenido de sólidos el tanque 12 de pasta de alimentación está entre 25 y 35% en peso, de preferencia aproximadamente 33% en peso. La concentración de carbonato de potasio en el tanque 1 2 de mezclado de pasta es preferiblemente de tal manera que después de haber sido secado en el secador 20 de pasta, el potasio depositado en y dentro de las partículas sólidas está entre 3 y 1 0 veces más que el contenido de cenizas del coque, de preferencia aproximadamente 5 veces más que el contenido de cenizas del coque en una base de masa. Es deseable alcanzar una proporción en masa de aproximadamente 5: 1 de potasio a cenizas en la alimentación de coque. Con la composición de coq ue de referencia, la concentración de carbonato de potasio en el agua de pasta es de aproximadamente 0.9% de K2C03, permitiendo humedad en el coque como se recibe. El proceso de la invención se corre de normalmente en modo de estado estable. Sin embargo, se entenderá que existen diferentes requerim ientos para el arranque inicial del proceso. Por ejemplo, en el arranque inicial se desea una mayor carga de potasio en las partículas de coq ue, y para un contenido de ceniza de coque de aproximadamente 0.2%, el contenido de potasio del agua de pasta puede ser incrementado hasta aproximadamente 20% en peso, lo cual se alcanza aj ustando la concentración de carbonato de potasio en el agua de pasta hasta aproxi madamente 1 0% de K2C03.

El agua de reposición, según se necesite para diluir la concentración de sólidos, se puede agregar al tanque 1 2 de mezclado de pasta directamente, o puede agregarse en combinación con cualquier corriente que entre al tanq ue 12.

La pasta acuosa de alimentación de sólidos carbonosos formados en el tanque 12 de pasta se extrae a través de la línea 13 y pasa a la bomba 14 de pasta o dispositivo similar que eleva la presión suficientemente para permitir que los sólidos pasen a través de la zona 100 de secado de pasta y generación de vapor y a través de la zona 200 de gasificación. Esta presión normalmente es de aproximadamente 36.6 kg/cm2. La pasta a alta presión se hace pasar después a través del intercambiador de calor 16 o dispositivo similar en donde se eleva la temperatura de la pasta hasta casi el punto de ebullición de la porción acuosa de la pasta, de manera normal aproximadamente 248.9° C. La pasta de alimentación precalentada y presurizada extraída del intercambiador de calor 16 se hace pasar a través de la línea 17 hacia el secador 20 de pasta de cama sólida o dispositivo similar. El secador 20 de pasta contiene una cama fluidizada de sólidos carbonosos que se extiende hacia arriba dentro del recipiente por encima de una rejilla o dispositivo similar de distribución. La cama se mantiene en un estado fluidizado por medio de vapor sobrecalentado introducido al fondo del secador a través de la línea 34 de entrada del fondo. La presión en el secador 20 de pasta de cama fluida se mantiene normalmente en un rango entre la presión mantenida en el reactor 55 de gasificación y aproximadamente 14.5 kg/cm2 por arriba de la presión del reactor de gasificación. La temperatura del vapor que sale del secador 20 fluctúa normalmente entre la temperatura de saturación del vapor a la presión de operación en del secador y aproximadamente 93.3° C por arriba de la temperatura de saturación a la presión de operación del secador. Para una unidad que tiene un régimen de alimentación de 2500 tons por día de coque y un tiempo de residencia de sólidos en el secador de cama fluidizada de aproximadamente 20 minutos, la retención de la cama puede ser de aproximadamente 30 tons, es decir, aproximadamente 56.75 m3 a una densidad de 560 kg/m3. Normalmente se desea alcanzar una velocidad superficial de aproximadamente 0.61 m/seg. En tales condiciones, el diámetro de la cámara del secador de pasta puede ser de aproximadamente 4.27 m y la profundidad de la cama puede ser de aproximadamente 3.84 m. Dentro de la cama fluidizada del secador 20 de pasta, la pasta acuosa de alimentación se pone en contacto con vapor sobrecalentado inyectado al secador a través de la línea 34. El vapor sobrecalentado se inyecta al secador a aproximadamente 593° C. El calor sensible en el vapor sobrecalentado puede evaporar sustancialmente toda el agua de la pasta acuosa de alimentación convirtiéndola así en vapor. En estas condiciones, aproximadamente 0.454 kg de agua en la alimentación de pasta puede evaporarse en vapor usando aproximadamente 0.908 kg del vapor sobrecalentado inyectado al secador 20 de pasta a partir de la línea 34. El secador 20 es operado normalmente de manera que los sólidos carbonosos secos contienen entre aproximadamente 0.1 y aproximadamente 4.0 porciento en peso de agua.

El gas que sale de la cama fluidizada en el secador 20 de pasta está constituido principalmente por vapor. El secador de pasta puede incluir uno o más separadores de ciclón o los similares arriba de la cama fluidizada para remover partículas relativamente grandes del vapor. El vapor extraído por arriba del secador 20 de pasta a través de la línea 21 puede ser dirigido a través de un lavador 22 húmedo o dispositivo similar donde se pone en contacto con agua de lavado introducida a través de la línea 27. Una porción del agua de lavado enfría y se recircula a la parte superior del lavador, donde se enfría el vapor desde aproximadamente 248.9° C hasta aproximadamente 232.2° C. Se condensa suficiente vapor para llevar los finos lavados en una pasta al tanque 12 de mezclado de pasta de alimentación a través de la línea 24. El vapor lavado de extrae del lavador 22 húmedo a través de la línea 28 y se hace pasar al compresor 30 donde su presión es incrementada hasta aproximadamente 39.4 kg/cm2. El vapor presurízado se extrae del compresor 30 a través de la línea 31. El vapor neto, a un flujo de masa igual al flujo de masa de agua de pasta evaporada, se dirige a ia zona 200 de gasificación a través de la línea 35. El vapor restante, que puede ser considerado que actúa como medio de transferencia de calor, se hace pasar a través de la línea 32 al sobrecalentador 33 u horno similar donde el vapor se sobrecalienta hasta una temperatura de aproximadamente 593° C. El vapor sobrecalentado que sale del sobrecalentador 33 se hace pasar a través de la línea 34 al secador 20 de pasta donde su calor sensible sirve para convertir el agua en la pasta de alimentación (incluyendo el agua en los poros del coque) en vapor mientras que calienta simultáneamente las partículas de alimentación, catalizador y agua sin convertir hasta una temperatura elevada. Como se muestra en la Figura 1, el vapor neto pasa de la zona 100 a la zona 200 de gasificación donde se combina con H2 y CO. De preferencia, el H2 y el CO se obtienen reciclando el hidrógeno y el monóxido de carbono recuperados del gas de la materia prima que emana de la zona de gasificación antes discutida en la presente. Generalmente estos componentes se separan de los gases producto mediante técnicas de destilación criogénica las cuales son bien conocidas en la técnica. Haciendo referencia ahora a la Figura 3, la mezcla de vapor neto, H2 y CO en la línea 42 se hace pasar al intercambiador de calor 43 donde se calienta hasta aproximadamente 621° C mediante intercambio de calor indirecto con el gas caliente de la materia prima del reactor 55 de gasificación, el cual se introduce al intercambiador a aproximadamente 704° C a través de la línea 70. La mezcla de vapor calentado se hace pasar a través de la línea 44 al horno 45 de precalentamiento o dispositivo similar donde se sobrecalienta adicionalmente hasta una temperatura de salida del sobrecalentador de aproximadamente 787.8° C antes de su inyección al reactor 55 de gasificación. El vapor sobrecalentado se extrae del horno 45 y se hace pasar a través de la línea 46 al reactor 55 de gasificación. La temperatura real de la salida del sobrecalentador se controla para mantener el reactor de gasificación a la temperatura deseada, en este ejemplo a 704° C. El secador 20 puede ser operado de manera que substancialmente todo el vapor requerido del reactor 55 de gasificación se proporciona a través de la línea 35 y no se requerirá vapor de reposición de cualquiera otra fuente. Los sólidos carbonosos secos producidos en el secador 20 de pasta de cama fluida se retiran del secador a través de la línea 38, pasando de la zona 100 a la zona 200 de gasificación. En la zona 200 de gasificación, se puede utilizar cualquiera de varios reactores de gasificación en el proceso de la invención. Uno de tales reactores preferido es un reactor de cama fluidizada de dos etapas del tipo descrito en la patente de E. U. No. 6,955,695 para Nahas. Sin embargo, el reactor 55 de gasificación no necesita operarse con dos etapas, y de hecho, no necesita utilizar una cama fluidizada. La presión en el reactor 55 de gasificación será normalmente de aproximadamente 35.18 kg/cm2. La temperatura del reactor de gasificación será mantenida normalmente entre aproximadamente 537.8° C y aproximadamente 815.5° C, de preferencia entre aproximadamente 648.9° C y aproximadamente 760° C. El gas levantado utilizado en el reactor 55 de gasificación es normalmente una porción de la mezcla sobrecalentada introducida en la línea 46. Los sólidos en la línea 38 son inyectados a la cama 62 fluidizada superior dentro del reactor 55 de gasificación. El secador 20 de pasta se opera a una presión que está normalmente por arriba de la presión de operación del reactor 20 de gasificación. De aquí que, los sólidos pueden hacerse pasar directamente al reactor 55 de gasificación sin presurización adicional. Así, no se requieren sistemas complicados para presurizar los sólidos secos, tales como tolvas de puerta. Sin embargo, de acuerdo con la presente invención, se contempla que los sólidos secos pueden ser utilizados también en el proceso de la invención sin la necesidad de la operación de secado de pasta de la zona 100. Sí se desea eso, la corriente de alimentación de coque de petróleo seco puede ser introducida directamente al reactor de gasificación usando tolvas de puerta apropiadas o mecanismos similares según se requiera. De acuerdo con esta modalidad, el catalizador puede ser introducido como una mezcla seca de sólidos con el coque o impregnado en el coque o alimentación por separado como un sólido seco. Haciendo referencia otra vez a la zona 200 de gasificación mostrada en la Figura 3, bajo las condiciones del reactor 55 de gasificación, la mezcla de vapor reacciona con y convierte aproximadamente el 97% del coque en un producto gaseoso compuesto principalmente de metano y dióxido de carbono. Hidrógeno y monóxido de carbono están presentes en el gas producto en equilibrio, pero se separan y reciclan de manera que no hay producción neta de estos componentes gaseosos. El azufre en la alimentación reacciona con hidrógeno y monóxido de carbono para formar sulfuro de hidrógeno y concentraciones en traza de sulfuro de carbonilo. Nitrógeno en la alimentación reacciona cuantitativamente con hidrógeno para formar amoniaco. Los separadores 66 de ciclón internos remueven los sólidos más grandes arrastrados en la materia prima caliente y los regresan al reactor 55 de gasificación. Es deseable una purga 60 de sólidos mínima posible, pero debe ser suficiente para remover las cenizas o materia mineral en la alimentación fresca . En una unidad que procesa 2500 tons por d ía de coque de petróleo fresco conteniendo aproximadamente 0.2% de cenizas, la purga 60 de sólidos junto con los finos superiores pueden totalizar aproximadamente 60 tons por día. Los métodos para extraer sólidos del reactor para muestreo o purga son bien conocidos por aquellos expertos en la técnica. Se puede emplear, por ejemplo, uno de tales métodos enseñado por la EP01 02828 ( 1 984). El gas producto crudo caliente incluye aproximadamente 32% de vapor sin reaccionar y finos arrastrados que escapan de los ciclones 66 internos. El producto crudo del reactor de gasificación se extrae del reactor 55 de gasificación a través de la línea 70 a aproximadamente 704° C y se enfría en el intercambiador 43 hasta aproximadamente 435° C. El producto crudo que sale del intercambiador de calor 43 en la línea 71 se enfría adicionalmente en la caldera 72 de calentamiento de desechos o dispositivo similar hasta aproximadamente 204° C. La temperatura del gas que sale del intercambiador de calor 72 por la l ínea 73 se controla para estar arriba del punto de condensación o de rocío para mantener los finos arrastrados secos hasta que alcanzan el lavador 74 de finos. Haciendo referencia ahora a la Figura 4, el gas producto crudo de la línea 73 fluye a través del lavador 74 de finos en donde son removidos los finos arrastrados y el producto crudo se enfría adicionalmente a 1 76.5° C mediante el agua del lavador. El agua del lavador se bombea desde la porción inferior del lavador 74 a través de la línea 75 al enfriador 76 del lavador y después se hace circular a la parte superior del lavador 74 a través de la línea 77. En estas condiciones, aproximadamente 1 0% del vapor sin reaccionar se condensa y, junto con los finos removidos, forma una pasta de finos y agua sulfurosa la cual se dirige al tambor 90 de pasta de sólidos gastados a través de la línea 79. El producto crudo pasa a través de la línea 78 y se enfría adicionalmente en los precalentadores 81 o dispositivos similares de agua de alimentación de caldera hasta aproximadamente 37.8° C lo cual condensa casi todo el vapor sin reaccionar restante. El producto crudo pasa a través del separador 80 de agua sulfurosa en donde el condensado forma una segunda corriente de agua sulfurosa y se dirigen al tambor 90 de pasta de sólidos gastados a través de la l ínea 85. El producto crudo enfriado, que contiene ahora sólo aproximadamente 0.2% de vapor sin reaccionar, se dirige a través de la línea 84 hacia el despojador 101 de producto crudo. El agua sulfurosa drenada del separador 80 a través de la línea 85 se combina con la pasta de los finos y agua sulfurosa drenada del lavador de finos a través de la línea 79 y se mezcla con la purga 60 de sólidos en el tambor 90 de pasta de sólidos gastados. La mezcla de sólidos tiene una composición de estado estable de aproximadamente 58% de coque, 35% de potasio y 7% de otros productos inorgánicos, principalmente níquel y vanadio. La mayor parte del potasio se solubiliza como hidróxido de potasio con algo de sulfuro de potasio. La alcalinidad de la pasta resultante a una tem peratura de aproximadamente 37.8° C expulsa el amoniaco del condensado de agua sulfurosa, y el amoniaco se recupera por arriba del tambor 90 de pasta de sólidos gastados a través de la línea 96.

La pasta de sólidos gastados del tambor 90 de pasta de sólidos gastados que contiene aproximadamente 2.4% de sólidos en solución acuosa de KOH, K2S y K2C03 se drena a través de la l ínea 91 al separador 92. Para una unidad que procesa aproximadamente 2500 toneladas por d ía de coque de petróleo fresco conteniendo aproximadamente 0.2% de cenizas, se pueden extraer aproximadamente 40 toneladas por día de purga de sólidos en el lodo a través de la línea 93. La solución acuosa extraída del separador 92 a través de la línea 94 se pone en contacto con gas producto crudo enfriado en el despojador 1 01 de producto crudo en donde los K2S y KOH acuosos se convierten a K2C03 acuoso y H2S gaseoso. La conversión del catalizador acuoso a la forma de carbonato se puede alcanzar poniéndolo en contacto con otras corrientes de gas que contienen C02. La solución acuosa diluida de catalizador de K2C03 se recicla al mezclador 12 de pasta de alimentación a través de la l ínea 95. El gas producto crudo enfriado junto con H2S formado en el despojador 101 se dirige corriente arriba a través de la línea 1 1 0 a la zona 400 de separación de productos para remoción de gas ácido y separación de H2 y CO del CH4 producto mediante medios convencionales. El metano se puede recuperar mediante destilación criogénica con una pureza de más de 99.9% y es adecuado para embarque directo en tuberías de gas natural o para recuperar como metano l íquido para entrega a terminales de gas natural licuado. Como se puede ver de lo anterior, la invención descrita en la presente proporciona un proceso para convertir coque de petróleo de bajo valor en metano el cual es transportable libremente en la infraestructura existente, tales como tuberías. Utilizando los fines del coque generados en el proceso y convirtiéndolos en metano, el presente proceso proporciona una conversión mayor de carbón a metano para un contenido dado de carbón del material sólido de partida. El proceso de gasificación catal ítica de coque de la invención proporciona también un proceso de gasificación catalizada eficiente para conversión de coque de petróleo en metano, sin la necesidad de un sistema complicado para recuperación de catalizador y problemas que acompañan al proceso. El proceso/sistema proporciona purificación de producto y reciclado de catalizador integrados que minimizan el tratamiento de desechos requerido.

La presente invención recaptura también el agua sulfurosa condensada de la corriente de producto crudo. Tal utilización mantiene el agua sulfurosa dentro del proceso y elimina o reduce sustancialmente la necesidad del tratamiento del desecho de agua sulfurosa. El agua sulfurosa se utiliza ventajosamente para disolver el catalizador en la purga de sólidos y reciclar el catalizador a la alimentación. La solución de catalizador reciclada se diluye, lo cual permite materiales de construcción menos costosos. La presente invención puede ser operada de manera que esencialmente en todo el azufre de la alimentación este contenido en los gases del producto crudo y por lo tanto puede ser removido principalmente en una unidad sencilla de tratamiento gaseoso. Esencialmente todo el amoniaco producido a partir de cualquier nitrógeno en la alimentación puede ser recuperado generalmente a partir del tanque de pasta de sólidos gastados. Aunque la invención se ha descrito en conjunto con un diagrama de flujo y condiciones de operación en particular, se pueden hacer varias modificaciones y sustituciones a la misma sin apartarse del espíritu y el alcance de la presente invención . No se debe imponer ninguna limitación a excepción de aquellas indicadas en las siguientes reivindicaciones.

Claims (9)

1. REIVINDICACIONES 1. Un proceso para convertir coque de petróleo en metano, que comprende: Combinar coque de petróleo y un catalizador que tiene actividad de gasificación de vapor en un medio acuoso para formar una pasta de alimentación; Hacer reaccionar dichas partículas sólidas secas con dicho vapor neto en un reactor de gasificación para formar un gas de producto crudo constituido por vapor sin reaccionar, metano, dióxido de carbono, hidrógeno y monóxido de carbono; Recuperar metano a partir de dicho gas de producto crudo; y Controlar la concentración del catalizador en dicho medio acuoso con base en la cantidad de cenizas en dicho coque de petróleo.
2. 2. El proceso de la reivindicación 1, en donde dicho catalizador que tiene actividad de gasificación de vapor comprende uno o más del grupo que consiste de metales alcalinos y compuestos de metal alcalino.
3. 3. El proceso de la reivindicación 2, en donde dichos compuestos de metal alcalino se seleccionan del grupo que consiste de carbonatos de metal alcalino, bicarbonatos de metal alcalino, formatos de metal alcalino, oxalatos de metal alcalino, amidas de metal alcalino, hidróxidos de metal alcalino, acetatos de metal alcalino y sulfuros de metal alcalino.
4. 4. El proceso de la reivindicación 2, en donde dicho catalizador comprende uno o más compuestos de metal alcalino seleccionados del grupo que consiste de Na2C03, K2C03, Rb2C03, Li2C03, Cs2C03, NaOH5 KOH, RbOH y CsOH.
5. 5. El proceso de la reivindicación 2, en donde dicho catalizador comprende carbonato de potasio o hidróxido de potasio.
6. 6. El proceso de la reivindicación 5, en donde dicha concentración de carbonato de potasio en dicho medio acuoso está en el rango desde aproximadamente 0.9 hasta 10% en peso.
7. 7. Un proceso para convertir coque de petróleo en metano, que comprende: Combinar coque de petróleo y un catalizador que tiene actividad de gasificación de vapor en un medio acuoso para formar una pasta de alimentación; Introducir dicha pasta de alimentación y vapor sobrecalentado a un secador de pasta para producir vapor neto y partículas sólidas substancialmente secas de coque de petróleo impregnadas con catalizador; Hacer reaccionar dichas partículas sólidas secas y dicho vapor neto en un reactor de gasificación para formar un gas producto crudo constituido por vapor sin reaccionar, metano, dióxido de carbono, hidrógeno y monóxido de carbono; Extraer una purga sólida de dicho reactor, dicha purga sólida que comprende material de coque y que tiene catalizador incorporado en el mismo; Enfriar dicha corriente de producto crudo para condensar el vapor sin reaccionar para formar agua sulfurosa y una corriente de gas producto crudo enfriado; Recuperar metano de dicho gas producto crudo; Poner en contacto dicha purga de sólidos con dicha agua sulfurosa para disolver dicho catalizador incorporado para formar una solución acuosa diluida de catalizador; y Regresar dicha solución acuosa diluida de catalizador a dicha pasta de alimentación.
8. 8. El proceso de la reivindicación 7, en donde la purga de sólidos del reactor de gasificación se pone en contacto con dicha agua sulfurosa en un recipiente de pasta, y se recupera vapor de amoniaco de dicho recipiente de pasta.
9. 9. El proceso de la reivindicación 7, en donde dicha solución diluida de catalizador se pone en contacto con un gas que contiene C02 antes de regresar a dicha pasta de alimentación. 1 0. El proceso de la reivindicación 7, en donde dicha solución diluida de catalizador se despoja con dicho gas producto crudo antes de regresar a dicha pasta de alimentación. 1 1 . Un proceso para gasificar coque de petróleo, que comprende: Triturar el coque de petróleo para producir partículas de coque de petróleo que tienen un tamaño de malla mayor que aproximadamente malla 325 de la Escala de Mallas Estándar de E. U. y una corriente de finos de coque de petróleo; Combinar dichas partículas de coque de petróleo y por lo menos parte de dichos finos de coque de petróleo con un catalizador que tiene actividad de gasificación de vapor en un medio acuoso para formar una pasta de alimentación; Introducir dicha pasta de alimentación y vapor sobrecalentado a un secador de pasta para producir vapor neto y partículas sólidas sustancialmente secas de coque de petróleo impregnadas con catalizador; Hacer reaccionar dichas partículas sólidas secas y dicho vapor neto en un reactor de gasificación. 12. El proceso de la reivindicación 11, en donde dichas partículas de coque de petróleo fluctúan en tamaño desde malla 33 hasta 100. 14. El proceso de la reivindicación 11, en donde dicho comprende una cama fluidizada. 15. El proceso de la reivindicación 13, en donde dicho tiene una cama fluidizada superior y una cama fluidizada inferior. 16. Un proceso para convertir coque de petróleo en metano, que comprende: Introducir coque de petróleo seco, catalizador que tiene actividad de gasificación de vapor y vapor sobrecalentado a un reactor de gasificación; Hacer reaccionar dichos coque, catalizador y vapor para formar un gas producto crudo constituido por vapor sin reaccionar, metano, dióxido de carbono, hidrógeno y monóxido de carbono; Extraer una purga de sólidos de dicho reactor, dicha purga de sólidos que comprende material de coque y que tiene catalizador incorporado en el mismo; Enfriar dicha corriente de producto crudo para condensar el vapor sin reaccionar para formar agua sulfurosa y una corriente de gas producto crudo enfriado; Poner en contacto dicha purga de sólidos con dicha agua sulfurosa en un recipiente para pasta; Recuperar vapor de amoniaco de dicho recipiente para pasta; y Recuperar metano de dicho gas producto crudo. 16. Un proceso para producir metano a partir de coque de petróleo, que comprende: Introducir coque de petróleo a un reactor de gasificación que contiene una fracción de masa de cenizas (base seca), catalizador que contiene una fracción de masa de álcali y vapor sobrecalentado, por lo que la proporción de álcali a cenizas introducidas a dicho reactor está entre 3 y 10; Hacer reaccionar dichos coque, catalizador y vapor para formar un gas producto crudo que comprende vapor sin reaccionar, metano, dióxido de carbono, hidrógeno y monóxido de carbono; y Recuperar metano a partir de dicho gas producto crudo. 1 7. Un proceso para convertir coque de petróleo en metano, que comprende: Hacer reaccionar coque de petróleo con vapor en un reactor de gasificación en la presencia de un catalizador que tiene actividad de gasificación de vapor para formar un gas producto constituido por vapor sin reaccionar, metano, dióxido de carbono, hidrógeno y monóxido de carbono; y Controlar la proporción de dicho catalizador a dicho coque de petróleo con base en la cantidad de cenizas en dicho coque de petróleo. 1 8. Un proceso para convertir coque de petróleo en metano, que comprende: Combinar coque de petróleo y un catalizador que tiene actividad de gasificación de vapor en un medio acuoso para formar una pasta de alimentación; Recuperar sólidos secos de dicha pasta de alimentación; Hacer reaccionar dichos sólidos secos y vapor en un reactor de gasificación para formar un gas producto crudo constituido por vapor sin reaccionar, metano, dióxido de carbono, hidrógeno y monóxido de carbono; Extraer una purga de sólidos de dicho reactor, dicha purga de sólidos que comprende material de coque y que tiene catalizador incorporado en el mismo; Enfriar dicha corriente de producto crudo para condensar el vapor sin reaccionar para formar agua sulfurosa y una corriente de gas producto crudo enfriado; Poner en contacto dicha purga de sólidos con dicha agua sulfurosa para disolver dicho catalizador incorporado para formar una solución acuosa diluida de catalizador, y Regresar dicha solución acuosa diluida de catalizador a dicha pasta de alimentación.