MX2008007549A - Proceso para el mejoramiento de aceites pesados utilizando un reactor con un novedoso sistema de separacion del reactor - Google Patents

Abstract

Los solicitantes han desarrollado un nuevo sistema de reactores en suspensión para hidroconversión completa de residuo, el cual permite que el catalizador, aceite no convertido y aceite convertido circulen en una mezcla continua a través de todo un reactor sin confinamiento de la mezcla. La mezcla es separada parcialmente entre los reactores para mover solo los productos y gas hidrógeno, permitiendo al mismo tiempo que el aceite no convertido y el catalizador en suspensión continúen hacia el siguiente reacción en secuencia. Una porción del aceite no convertido es convertido a hidrocarburos de menor punto de ebullición, una vez más creando una mezcla de aceite no convertido, productos, y catalizador en suspensión. Un hidroprocesamiento adicional puede tener lugar en reactores adicionales, convirtiendo completamente el aceite. Puede agregarse aceite adicional en la entrada de la alimentación entre etapas, posiblemente en combinación con la suspensión. Alternativamente, el aceite puede convertirse parcialmente, dejando un catalizador altamente concentrado en el aceite no convertido el cual puede reciclarse directamente al primer reactor.

Description

PROCESO PARA EL MEJORAMIENTO DE ACEITES PESADOS UTILIZANDO UN REACTOR CON UN NOVEDOSO SISTEMA DE SEPARACIÓN DEL REACTOR CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con un proceso para el mejoramiento de aceites pesados que utiliza una composición de catalizador en suspensión. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Existe en este momento un interés creciente en el procesamiento de aceites pesados, debido a una mayor demanda mundial por productos petrolíferos. Canadá y Venezuela son fuentes de aceites pesados. Los procesos que producen una conversión completa de alimentaciones de aceites pesados a productos útiles son de interés particular. La patente de EE.UU. No. 6,278,034 menciona un proceso de hidrogenación que emplea un reactor que tiene medios internos de separación de producto gaseoso de una suspensión de aceite y catalizador. Las siguientes solicitudes de patente, que se incorporan aquí como referencia, están dirigidas a la preparación de composiciones de catalizadores en suspensión de actividad elevada y su uso en procesos para el mejoramiento de aceites pesados : U.S. No. de Serie 10/938,202 está dirigida a la preparación de una composición de catalizador adecuada para la hidroconversión de aceites pesados. La composición de REF..193909 catalizador es preparada por medio de una serie de etapas, que involucran mezclar un óxido de metal del Grupo VIB y amoníaco acuoso para formar una mezcla acuosa, y sulfurar la mezcla para formar una suspensión. La suspensión es promovida entonces con un metal del Grupo VIII. Las etapas subsiguientes incluyen mezclar la suspensión con un aceite hidrocarburo y combinar la mezcla resultante con gas hidrógeno y un segundo aceite hidrocarburo que tiene una menor viscosidad que el primer aceite. Una composición de catalizador activo se forma de esta manera. U.S. No. de serie 10/938,003 está dirigida a la preparación de una composición de catalizador en suspensión. La composición de catalizador en suspensión es preparada en una serie de etapas, que involucran mezclar un óxido de metal del Grupo VIB y amoniaco acuoso para formar una mezcla acuosa y sulfurar la mezcla para formar una suspensión. La suspensión es promovida entonces con un metal del Grupo VIII. Las etapas subsiguientes involucran mezclar la suspensión con un aceite de hidrocarburo, y combinar la mezcla resultante con gas hidrógeno (bajo condiciones que mantienen el agua en una fase líquida) para producir el catalizador en suspensión activo . U.S. No. de Serie 10/938,438 está dirigida a un proceso que emplea composiciones de catalizadores en suspensión en el mejoramiento de aceites pesados. No se permite que la composición de catalizador en suspensión sedimente, lo cual resultaría en una posible desactivación. La suspensión es reciclada a un reactor de mejoramiento para el uso repetido de productos que no requieren procedimientos de separación adicionales para remoción del catalizador. U.S. No de Serie 10/938,200 está dirigida a un proceso para mejorar aceites pesados usando una composición en suspensión. La composición en suspensión es preparada en una serie de etapas, que involucran mezclar un óxido de metal del Grupo VIB con amoniaco acuoso para formar una mezcla acuosa y sulfurar la mezcla para formar una suspensión. La suspensión es promovida entonces con un compuesto de metal del Grupo VIII. Las etapas subsiguientes incluyen mezclar la suspensión con un aceite hidrocarburo, y combinar la mezcla resultante con gas hidrógeno (bajo condiciones que mantienen el agua en una fase líquida) para producir el catalizador en suspensión activo. U.S. No. de Serie 10/938,269 está dirigida a un proceso para mejorar aceites pesados utilizando una composición en suspensión. La composición en suspensión es preparada por una serie de etapas, que involucran mezclar un óxido de metal del Grupo VIB y amoniaco acuoso para formar una mezcla acuosa, y sulfurar la mezcla para formar una suspensión. La suspensión es promovida entonces con un metal del grupo VIII. Etapas subsiguientes involucran mezclar la suspensión con un aceite hidrocarburo y combinar la mezcla resultante con gas hidrógeno y un segundo aceite hidrocarburo que tiene una menor viscosidad que el primer aceite. De esta manera se forma una composición de catalizador activo. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un proceso para la hidroconversión de aceites pesados, el proceso emplea un reactor de flujo ascendente con un separador localizado internamente para realizar la fase de separación. Puede emplearse por lo menos un reactor con un separador interno, aunque es más común utilizar reactores en serie. Un proceso de hidroconversión con reactores en serie puede emplear las siguientes etapas: (a) combinar una alimentación de aceite pesado calentado, una composición de catalizador en suspensión activo y un gas que contiene hidrógeno para formar una mezcla; (b) transferir la mezcla de la etapa (a) al fondo de un reactor, el cual es mantenido a condiciones de hidroprocesamiento, incluyendo temperatura y presión elevadas; (c) separar internamente en el reactor una corriente que comprende productos de reacción, gas hidrógeno, aceite no convertido y catalizador en suspensión en dos corrientes, una corriente de vapor que comprende productos de reacción e hidrógeno, y una corriente de líquido que comprende material no convertido y catalizador en suspensión; (d) sacar la corriente de vapor del domo para procesamiento adicional, y transferir por lo menos una porción de la corriente de líquido, al siguiente reactor en serie. La presente invención está dirigida a realizar la separación de fases dentro de uno o más reactores en el esquema de proceso ilustrado, de tal manera que un solo producto en fase vapor es el único producto que sale de la parte superior del reactor. Un producto en fase líquida es la única corriente que sale de la inferior del reactor (a través del fondo o lado) para procesamiento adicional. Si ocurre la separación interna, no hay necesidad por un separador de alta presión caliente o tambor de evaporación instantánea para separar la fase después de que sale del reactor. La presente invención emplea además un sistema de control de presión diferencial del reactor que regula el vapor producto que sale de la parte superior del reactor, haciendo por lo tanto innecesaria una válvula de control en la corriente de alimentación pata el siguiente reactor. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1 muestra el esquema de proceso de la presente invención aplicado a un sistema de reactores en serie. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención está dirigida a un proceso para la hidrodesintegración en suspensión activada con catalizador. La separación entre etapas productos de reacción gaseosos y de corrientes de líquido que comprenden aceite no convertido y catalizador es efectivo para mantener el balance de calor en el proceso. En la figura, la corriente 1 comprende una alimentación pesada, tal como residuo de vacío. Otras alimentaciones pueden incluir residuo atmosférico, residuo de vacío, alquitrán de una unidad de desasfaltado con solventes, gasóleos atmosféricos, gasóleos de vacío, aceites desasfaltados, definas, aceites derivados de arenas bituminosas o betumen, aceites derivados de carbón mineral, petróleos crudos pesados, aceites sintéticos de los procesos de Fischer Tropsch, y aceites derivados de desechos de aceites reciclados y polímeros. La alimentación entra al horno 80 en donde es calentada, saliente en la corriente 4. La corriente 4 se combina con un gas que contiene hidrógeno (corriente 2), una suspensión se reciclo (corriente 17), y una corriente que comprende una composición en suspensión activa (corriente 3), resultando en una mezcla (corriente 24). La corriente 24 entra al fondo del primer reactor 10. La corriente de vapor 31 sale de la parte superior del reactor comprendiendo principalmente productos de reacción e hidrógeno, debido a una separación dentro del reactor (no se muestra) . La corriente 26, que contiene suspensión en combinación con aceite no convertido, sale del fondo, o del lado, del reactor 10. La corriente 26 es combinada con una corriente gaseosa que comprende hidrógeno (corriente 15) para crear la corriente 27. La corriente 27 entra al fondo del segundo reactor 20. La corriente de vapor 8, que comprende principalmente productos de reacción e hidrógeno, sale de la parte superior del reactor 20 y se une al vapor producto del reactor 20. La corriente líquida 27, que contiene suspensión en combinación con aceite no convertido, sale del fondo, o lado, del reactor 20. La corriente 32 es combinada con corriente gaseosa que comprende hidrógeno (corriente 16) para crear la corriente 28. La corriente 28 entra al fondo del reactor 30. La corriente de vapor 12, que comprende principalmente productos de reacción e hidrógeno, sale de la parte superior del reactor y se une al vapor producto de los dos primeros reactores, en la corriente 14. La corriente líquida 17, que contiene suspensión en combinación con aceite no convertido, sale del fondo, o lado, del reactor 30. Una porción de esta corriente puede extraerse como la corriente 18 ó reciclarse al primer reactor 19, como la corriente 17. Las corrientes de domos de los reactores 10, 20 y 30 (corrientes 31, 8 y 12, respectivamente) crean la corriente 14, la cual pasa a equipo corriente abajo para procesamiento adicional .

El tipo de reactor preferido en la presente invención es un reactor de recirculación de líquidos, aunque pueden emplearse otros tipos de reactores de flujo ascendente. Los reactores de recirculación se discuten más en la solicitud también pendiente junto con la presente No. de Serie (T- 6493), la cual se incorpora como referencia. El reactor de recirculación de líquidos de la presente invención es un reactor de flujo ascendente el cual alimenta aceite hidrocarburo pesado y un gas rico en hidrógeno a presión y temperatura elevadas para hidroconversión. Las condiciones del proceso para el reactor de recirculación incluyen presiones en el intervalo de 71.82 a 167.58 KPa absolutas (1500 a 3500 psia) , preferentemente de 95.76 a 143.64 KPa absolutas (2000 a 3000 psia). Las temperaturas están en el intervalo de 371.1 a 482.2°C (700 a 900°C) , preferentemente de 412.8 a 454.4°C (775 a 850°F) . La hidroconversión incluye procesos tales como hidrodesintegración y la remoción de contaminantes heteroatómicos (tales como azufre y nitrógeno) . En el uso del catalizador en suspensión, las partículas son extremadamente pequeñas (1-10 micrones) . Pueden usarse bombas para recirculación de suspensión, aunque no se requieren utilizar.

El proceso para la preparación de la composición de suspensión de catalizador utilizado en la presente invención se presenta en la solicitud No. de Serie 10/938003, y No. de Serie 10/938202 y se incorporan como referencia. La composición de catalizador es útil pero no se limita a procesos de mejoramiento con hidrógeno tales como hidrodesintegración, hidrotratamiento, hidrodesulfuración, hidrodesnitrificación e hidrodes etalización. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un proceso para la hidroconversión de aceites pesados, el proceso emplea reactores de flujo ascendente en serie con un separador localizado internamente en por lo menos un reactor, caracterizado porque comprende las etapas siguientes : (a) combinar una alimentación de aceite pesado calentado, una composición de catalizador en suspensión activo y un gas que contiene hidrógeno para formar una mezcla; (b) transferir la mezcla de la etapa (a) al fondo del primer reactor, el cual es mantenido a condiciones de hidroprocesamiento, incluyendo temperatura y presión elevadas; (c) separar internamente en el primer reactor una corriente que comprende producto de reacción, gas hidrógeno, material no convertido y catalizador en suspensión en dos corrientes, una corriente de vapor que comprende productos de reacción e hidrógeno, y una corriente de líquido que comprende material no convertido y catalizador en suspensión; (d) sacar la corriente de vapor del domo para procesamiento adicional, y sacar la corriente de líquido, que comprende material no convertido y catalizador en suspensión, del primer reactor como una corriente de fondos; (e) transferir por lo menos una porción de la corriente de líquido de la etapa (d) , al fondo del segundo reactor, el cual es mantenido a condiciones de hidroprocesamiento, incluyendo temperatura y presión elevadas; (f) separar internamente en el segundo reactor una corriente que comprende producto de reacción, gas hidrógeno, material no convertido y catalizador en suspensión en dos corrientes, una corriente de vapor que comprende productos de reacción e hidrógeno, y una corriente de líquido que comprende material no convertido y catalizador en suspensión; (g) transferir la corriente de vapor del domo para procesamiento adicional, y sacar la corriente de líquido, que comprende material no convertido y catalizador en suspensión, del segundo reactor como una corriente de fondos a procesamiento adicional .
2. 2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la corriente de líquido de la etapa (g) es reciclada a la etapa (a) , la mezcla de la etapa (a) adicionalmente comprende material no convertido reciclado y catalizador en suspensión.
3. 3. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el fondo de un tercer reactor es mantenido a condiciones de hidroprocesamiento incluyendo temperatura y presión elevadas.
4. 4. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el reactor de recirculación emplea una bomba .
5. 5. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las condiciones de hidroprocesamiento empleadas en cada reactor comprenden una presión total en el intervalo de 71.82 a 167.58 KPa absolutas (1500 a 3500 psia), y una temperatura de reacción de 371.1 a 482.2°C (700 a 900°F) .
6. 6. El proceso de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la presión total preferida está en el intervalo de 9.58 a 143.64 KPa absolutas (200 a 3000 psia), y la temperatura preferida está en el intervalo de 412.8 a 454.4°C (775 a 850°F) .
7. 7. El proceso de hidroconversión de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el aceite pesado se selecciona del grupo que consiste de residuo atmosférico, residuo de vacío, alquitrán de una unidad de desasfaltado con solventes, gasóleos atmosféricos, gasóleos de vacío, aceites desasfaltados, aceites derivados de arenas bituminosas o betumen, aceites derivados de carbón mineral, petróleos crudos pesados, aceites sintéticos de procesos de Fischer-Tropsch, y aceites derivados de desechos de aceites reciclados y polímeros.
8. 8. El proceso de hidroconversión de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el proceso se selecciona del grupo que consiste de hidrodesintegración, hidrotratamiento, hidrodesulfuración, hidrodesnitrificación, e hidrodesmetalización.
9. 9. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición de catalizador en suspensión de conformidad con la reivindicación 1 es preparado mediante las siguientes etapas: (a) mezclar un óxido de metal del Grupo VIB y amoniaco acuoso para formar una mezcla acuosa de un compuesto de metal del Grupo VIB; (b) sulfurar, en una zona de reacción inicial, la mezcla acuosa de la etapa (a) con un gas que comprende sulfuro de hidrógeno a una dosificación mayor que 0.5 m3 estándar kilogramo de sulfuro de hidrógeno por kilogramo (8 SCF de sulfuro de hidrógeno por libra) de metal del Grupo VIB para formar una suspensión; (c) promover la suspensión con un compuesto de metal del Grupo VIII; (d) mezclar la suspensión de la etapa (c) con un aceite hidrocarburo que tiene una viscosidad de por lo menos 2 cSt a 100°C (212°F) para formar una mezcla intermedia; (e) combinar la mezcla intermedia con gas hidrógeno en una segunda zona de reacción, bajo condiciones que mantienen el agua en la mezcla intermedia en una fase líquida, formando así una composición de catalizador activo mezclado con un hidrocarburo líquido; y (f) recuperar la composición de catalizador activo.
10. 10. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque por lo menos 90% en peso de la alimentación es convertida a productos de menor ebullición.
11. 11. El proceso de hidroconversión de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el aceite pesado se selecciona del grupo que consiste de residuo atmosférico, residuo de vacío, alquitrán de una unidad de desasfaltado con solventes, gasóleos atmosféricos, gasóleos de vacío, aceites desasfaltados, aceites derivados de arenas bituminosas o betumen, aceites derivados de carbón mineral, petróleos crudos pesados, aceites sintéticos de procesos de Fischer-Tropsch, y aceites derivados de desechos de aceites reciclados y polímeros.