MX2013002832A - Remocion de azufre de hidrocarburos por medio de agua super-critica y donador de hidrogeno. - Google Patents

Abstract

Un método de mejora de material de alimentación de hidrocarburos es previsto. El método incluye suministrar al material de alimentación de hidrocarburos, agua y una composición donadora de hidrógeno pre-calentada a un reactor hidro-térmico donde la corriente mixta se mantiene a una temperatura y una presión mayores que las temperaturas y presión críticas del agua en ausencia de catalizador por un tiempo de residencia suficiente para convertir la corriente mixta hacia una corriente modificada. La composición donadora de hidrógeno es pre-calentada y mantenida a una temperatura de mas de alrededor de 50°C por un periodo de por lo menos alrededor de 10 minutos. La corriente modificada incluye hidrocarburos mejorados relativa al material de alimentación de hidrocarburos. La corriente modificada entonces se separa en una corriente de gas y una corriente de líquido y la corriente de líquido se separa en una corriente de agua y una corriente de producto de hidrocarburos mejorada.

Description

REMOCIÓN DE AZUFRE DE HIDROCARBUROS POR MEDIO DE AGUA SUPER-CRÍTICA Y DONADOR DE HIDRÓGENO Campo de la Invención Esta invención se refiere a un método y aparato para mejorar un material de alimentación de hidrocarburos. Mas específicamente, la presente invención se refiere a un método y aparato para mejorar un material de alimentación de hidrocarburos con agua super-crítica .

Antecedentes de la Invención El petróleo es una fuente indispensable para energía y químicos. Al mismo tiempo, petróleo y productos a base de petróleo también son una fuente principal para contaminación del aire y del agua. Para abordar preocupaciones crecientes con contaminación ocasionada por petróleo y productos a base de petróleo, muchos países han implementado regulaciones estrictas sobre productos de petróleo, particularmente sobre operaciones de refinación de petróleo y las concentraciones permisibles de contaminantes específicos en combustibles, tales como, contenido de azufre en combustibles de gasolina. Por ejemplo, combustible de gasolina para motor está regulado en los Estados Unidos en tener un contenido de azufre total máximo de menos de 15 ppm de azufre.

Debido a su importancia en nuestras vidas diarias, la demanda por petróleo está constantemente incrementando y regulaciones impuestas sobre el petróleo y productos a base de petróleo se están volviendo mas estrictas. Las fuentes de petróleo disponibles actualmente siendo refinadas y usadas a través del mundo, tales como petróleo crudo y carbón, contienen cantidades mucho mas elevadas de impurezas (tales como, compuestos conteniendo azufre) . Adicionalmente , fuentes de petróleo actuales típicamente incluyen grandes cantidades de moléculas de hidrocarburos pesados, las cuales deben entonces convertirse a moléculas de hidrocarburos mas ligeras a través de procesos costosos como hidro-desintegración (hidro-craqueo) para uso eventual como un combustible de transporte.

Técnicas convencionales actuales para mejora de petróleo incluyen métodos hidrogenativos usando hidrógeno en la presencia de un catalizador, en métodos tales como hidro-tratamiento e hidro-desintegración. Métodos térmicos llevados a cabo en ausencia de hidrógeno también se conocen, tales como formación de coque y rompimiento de viscosidad.

Métodos convencionales para mejorar petróleo sufren de varias limitaciones e inconvenientes. Por ejemplo, métodos hidrogenativos típicamente requieren gran cantidad de gas hidrógeno a partir de una fuente externa para lograr mejora y conversión deseadas. Estos métodos también típicamente sufren de desactivación prematura o rápida de catalizador, como es típicamente el caso durante hidro-tratamiento de un material de alimentación pesado y/o hidro-tratamiento bajo condiciones difíciles, por ende requiriendo regeneración del catalizador y/o adición de nuevo catalizador, lo cual a su vez puede llevar a tiempos caídos de unidad de proceso. Métodos térmicos frecuente-mente sufren de la producción de grandes cantidades de coque como un sub-producto y una habilidad limitada para remover impurezas, tales como, azufre y nitrógeno. Esto a su vez resulta en la producción de una gran cantidad de olefinas y diolefinas, las cuales pueden requerir estabilización. Adicionalmente , métodos térmicos requieren de equipo especializado para condiciones severas (tales como, compuestos conteniendo azufre) , requieren de la entrada de energía significativa, por ende resultando en complejidad y costo incrementados.

Como se menciona anteriormente, la provisión y uso de un suministro de hidrógeno externo es tanto costoso y peligroso.

Métodos conocidos alternativos para proporcionar hidrógeno por método de generación in situ, incluyendo oxidación parcial, y producción de hidrógeno mediante una reacción de cambio de agua-gas. Oxidación parcial convierte hidrocarburos a monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrógeno y agua, así como a moléculas de hidrocarburos parcialmente oxidadas tales como ácidos carboxílieos ; sin embargo, el proceso de oxidación parcial también remueve una porción de hidrocarburos valiosos presentes en el material de alimentación y pueden ocasionar formación de coque severa .

Por ende, existe una necesidad por proporcionar un proceso para la mejora de materiales de alimentación de hidrocarburos que no requiere el uso de un catalizador o un suministro de hidrógeno externo. Métodos descritos en la presente son adecuados para la producción de productos de hidrocarburos mas valiosos teniendo uno o ma de una gravedad API mas alta, rendimiento de destilados medios mas altos, contenido de azufre mas bajo, y/o un contenido de metal mas bajo mediante mejora con agua super-crítica sin requerir cualquier uso de un catalizador de reactor hidro-térmico o el suministro externo de hidrógeno.

Compendio La invención actual proporciona un método y aparato para la mejora de un material de alimentación de hidrocarburos con agua super-crítica, en donde el método de mejora específica-mente excluye el uso de un catalizador hidro-térmico o el uso de un suministro externo de hidrógeno.

En un aspecto, un método de mejorar un material de alimentación de hidrocarburos es provisto. El método incluye los pasos de suministrar una corriente mixta que incluye al material de alimentación de hidrocarburos, agua y una composición donadora de hidrógeno pre-calentada a un reactor hidro-térmico. La corriente mixta se mantiene en el reactor hidro-térmico a una presión mayor que la presión crítica del agua y una temperatura mayor que la temperatura crítica del agua. Previo a ser suminis-trada al reactor hidro-térmico, la composición donadora de hidrógeno es pre-calentada a una temperatura de mas de alrededor de 50°C y mantenida a dicha temperatura por un periodo de por lo menos alrededor de 10 minuto. La corriente mixta es reaccionada en el reactor hidro-térmico en ausencia de catalizador por un tiempo de residencia suficiente para convertir la corriente mixta en una corriente modificada, en donde la corriente modificada incluye hidrocarburos mejorados relativo al material de alimentación de hidrocarburos. La corriente modificada se separa en una corriente de gas y una corriente de líquido, y la corriente de líquido se separa en una corriente de agua y una corriente de producto de hidrocarburos mejorada.

En ciertas formas de realización, la composición donadora de hidrógeno es una corriente de fondos a partir de un proceso seleccionado a partir del grupo que consiste en hidro-desintegración, formación de coque, rompimiento de viscosidad, hidro-tratamiento, o desintegración catalítica . En ciertas formas de realización, la composición donadora de hidrógeno se produce por los siguientes pasos: suministrando un material de alimentación de hidrocarburos de grado bajo a un reactor, en donde el reactor siendo seleccionado a partir del grupo que consiste en un hidro-desintegrador, un formador de coque, un rompedor de viscosidad, un hidro-tratador, o un desintegrador catalítico, en donde dicho material de alimentación de hidrocarburos de grado bajo es convertido a corriente intermedia, y separar la corriente intermedia hacia una corriente de hidrocarburos que incluye hidrocarburos mejorados y una corriente de fondos que incluye la composición donador de hidrógeno. De preferencia, el método no incluye el paso de suministrar gas hidrógeno al reactor hidro-térmico.

En ciertas formas de realización, la presión de reactor hidro-térmico es mantenida en mas de alrededor de 24 MPa, y la temperatura del reactor hidro-térmico es mantenida en mas de alrededor de 395°C. Alternativamente, la presión de reactor hidro-térmico se mantiene en entre alrededor de 24 y 26 MPa, y la temperatura de reactor hidro-térmico se mantiene en entre alrededor de 400°C y 450°C.

En ciertas formas de realización, previo a mezclar el material de alimentación de hidrocarburos, composición donadora de hidrógeno y agua, el material de alimentación de hidrocarburos es pre-calentado a una temperatura de hasta alrededor de 250°C, la composición donadora de hidrógeno es pre-calentada a una temperatura de hasta alrededor de 500°C, y el agua se pre-calienta a una temperatura de hasta alrededor de 650 °C. En ciertas formas de realización, la composición donadora de hidrógeno es pre-calentada a una temperatura de entre alrededor de 120°C y 350°C, y se mantiene en dicha temperatura pre-calentada por un periodo de entre alrededor de 10 y 90 minutos.

En otro aspecto, un método para mejorar un material de alimentación de hidrocarburos es provisto. El método incluye los pasos de suministrar un primer material de alimentación de hidrocarburos de grado bajo a un primer reactor seleccionado a partir del grupo que consiste en un hidro-desintegrador, un formador de coque, un rompedor de viscosidad, un hidro-tratador, y un desintegrador catalítico, en donde dicho primer reactor configurado para la mejora del primer material de alimentación de hidrocarburos, y recuperar una corriente de hidrocarburos intermedios a partir del primer reactor. La corriente de hidrocarburos intermedia es recuperada y separada hacia una corriente de hidrocarburos ligeros y una corriente de fondos. La corriente de fondos es pre-calentada a una temperatura de por lo menos alrededor de 120°C por un periodo de por lo menos alrededor de 10 minutos y mezclada con un material de alimentación de hidrocarburos, y agua para formar una mezcla de reacción. La mezcla de reacción se suministra a un reactor hidro-térmico principal que se mantiene a una temperatura de mas de alrededor de 374°C y una presión mayor que alrededor de 22.06 MPa por un tiempo de residencia en el reactor hidro-térmico de entre alrededor de 30 segundos y 60 minutos para producir corriente modificada comprendiendo hidrocarburos mejorado. El reactor hidro-térmico principal no incluye un catalizador. La corriente modificada es retirada del reactor hidro-térmico principal y separada en una fase gaseosa y una fase líquida, y la fase líquida se separa en una corriente de agua y una corriente de hidrocarburos mejorada, en donde la corriente de hidrocarburos mejorada tiene por lo menos una propiedad física mejorada según se compara con el material de alimentación de hidrocarburos, las propiedades físicas seleccionadas a partir de contenido de azufre, contenido de nitrógeno, contenido de metal, contenido de coque, y gravedad API.

Breve Descripción de los Dibujos La figura 1 proporciona un diagrama esquemático de una forma de realización del método de mejorar un material de alimentación de hidrocarburos de acuerdo con la presente invención .

La figura 2 proporciona un diagrama esquemático de una segunda forma de realización del método de mejorar un material de alimentación de hidrocarburos de acuerdo con la presente invención.

La figura 3 proporciona un diagrama esquemático de una segunda forma de realización del método de mejorar un material de alimentación de hidrocarburos de acuerdo con la presente invención.

La figura 4 proporciona un diagrama esquemático de una segunda forma de realización del método de mejorar un material de alimentación de hidrocarburos de acuerdo con la presente invención .

La figura 5 proporciona un diagrama esquemático de una segunda forma de realización del método de mejorar un material de alimentación de hidrocarburos de acuerdo con la presente invención.

La figura 6 proporciona un diagrama esquemático de una segunda forma de realización del método de mejorar un material de alimentación de hidrocarburos de acuerdo con la presente invención .

Descripción Detallada de la Invención Aunque la siguiente descripción detallada contiene muchos detalles específicos para propósitos de ilustración, se entiende que un técnico en la materia apreciará que muchos ejemplos, variaciones y alteraciones a los siguientes detalles están dentro del alcance y espíritu de la invención. De manera acorde, las formas de realización ejemplares de la invención descritas en la presente y provistas en las figuras anexas se señalan sin ninguna pérdida de generalidad, y sin imponer limitaciones, respecto de la invención reivindicada.

La presente invención aborda problemas asociado con métodos del estado de la técnica para mejorar un material de alimentación de hidrocarburos. En un aspecto, la presente invención proporciona un método para mejorar un material de alimentación de petróleo conteniendo hidrocarburos. Mas específi-camente, en ciertas formas de realización, la presente invención proporciona un método para mejorar un material de alimentación de petróleo utilizando agua super-crítica en presencia de una composición donadora de hidrógeno, por un proceso el cual específicamente excluye el uso de un suministro externo de gas hidrógeno, y también específicamente excluye el uso de cataliza-dor para la reacción, y resulta en un producto de hidrocarburos mejorado teniendo producción de coque reducida, y/o remoción significativa de impurezas, tales como, compuestos conteniendo azufre, nitrógeno y metales. En general, el uso de gas hidrógeno se evita para uso con el proceso hidro-térmico debido a preocupaciones económicas y de seguridad. Además, los métodos descritos en la presente resultan en varia otras mejoras en el producto de petróleo, incluyendo mayor gravedad API, mayor rendimiento de destilados medios (según se compara con los destilados medios presentes en tanto el material de alimentación y procesos de mejora comparables) , e hidrogenación de compuestos no saturados presentes en el material de alimentación de petróleo.

Hidro-desintegración es un proceso químico bien conocido en donde moléculas orgánicas complejas o hidrocarburos pesados se descomponen en moléculas mas simple (v.gr., hidrocarburos pesados son descompuestos en hidrocarburos mas ligeros, por ejemplo, metano, etano, y propano, así como productos de mayor valor, tales como, hidrocarburos de rango nafta, e hidrocarburos de rango diesel) mediante el rompimiento de enlaces carbono-carbono. Típicamente, procesos de hidro-desintegración requieren el uso de tanto temperaturas muy altas y catalizadores especializados. El proceso de hidro-desintegración puede ser asistido por el uso de presiones elevadas y gas hidrógeno adicional, en donde, además de la reducción o conversión de hidrocarburos pesados o complejos en hidrocarburos mas ligeros, el hidrógeno añadido puede también funcionar para facilitar la remoción de por lo menos una porción del azufre y/o nitrógeno presente en una alimentación de petróleo conteniendo hidrocarburos. Gas hidrógeno, sin embargo, puede ser costoso y también puede ser difícil y peligroso de manejar a altas temperaturas y altas presiones.

En un aspecto, la presente invención utiliza agua super-crítica como el medio de reacción para mejorar petróleo, y específicamente excluye el uso de un catalizador o una fuente externa de gas hidrógeno. El punto crítico de agua se logra a condiciones de reacción de aproximadamente 374°C y 22.1 MPa. Por encima de esas condiciones, el límite de fase de líquido y de gas de agua desaparece, y el fluido tiene características de sustancias tanto fluidas y gaseosas. Agua super-crítica es capaz de disolver compuestos orgánicos como un solvente orgánico y tiene capacidad de difusión excelente como un gas. Regulación de la temperatura y presión permite para "afinación" continua de las propiedades del agua super-crítica para ser mas similar a líquido o mas a gas. Agua super-crítica también tiene acidez incrementada, densidad reducida y polaridad mas baja, según se compara con el agua sub-crítica en fase líquida, con ello mayormente extendiendo el rango posible de química que puede ser llevada a cabo en agua. En ciertas formas de realización, debido a la variedad de propiedades que están disponibles mediante controlar la temperatura y presión, agua super-crítica puede usarse sin necesidad por y en ausencia de solventes orgánicos.

Agua super-crítica tiene varias propiedades inesperadas, y, pues alcanza límites super-críticos y superiores, es bastante diferente del agua sub-crítica. Por ejemplo, el agua super-crítica tiene muy alta solubilidad hacia compuestos orgánicos y miscibilidad infinita con gases. También, agua cercana a crítica (es decir, agua a una temperatura y una presión que están muy cercanas a, pero no exceden, el punto crítico del agua) tiene constante de disociación muy alta. Esto significa que agua, a condiciones casi críticas, es muy ácida. Esta alta acidez del agua puede utilizarse como un catalizador para varias reacciones. Mas aun, especies radicales pueden ser estabilizadas por agua super-crítica a través del efecto de jaula (es decir, la condición con la cual una o mas moléculas de agua rodea a radicales, lo cual previene que los radicales tengan interacción) . Se cree que la estabilización de especies radicales previene condensación inter-radicales y por ende, reduce la cantidad de coque producida en la invención actual. Por ejemplo, producción de coque puede resultar a partir de la condensación inter-radicales, tal como en polietileno. En ciertas formas de realización, agua super-crítica puede generar hidrógeno a través de reacción de reformación de vapor de agua y reacción de cambio de agua-gas, el cual entonces está disponible para la mejora de petróleo .

Como se usa en la presente, los términos "mejorar" o "mejorado", con respecto a petróleo o hidrocarburos se refiere a un producto de petróleo o hidrocarburos que es mas ligero (es decir, tiene menos átomos de carbono, tal como metano, etano, y propano, pero también incluye productos en rango de nafta y en rango de diesel) , y tiene por lo menos uno de una gravedad API mas alta, mayor rendimiento de destilados medios, menor contenido de azufre, menor contenido de nitrógeno, o menor contenido de metales, que el material de alimentación de petróleo o hidrocarburos original .

El material de alimentación de petróleo puede incluir cualquier crudo de hidrocarburos que incluye ya sea impurezas (tal como, por ejemplo, compuestos conteniendo azufre, nitrógeno y metales, y combinaciones de los mismos) y/o hidrocarburos pesados. Como se usa en la presente, hidrocarburos pesados se refiere a hidrocarburos teniendo un punto de ebullición de mas de alrededor de 360°C, y puede incluir hidrocarburos aromático, así como alcanos y alquenos. Generalmente, el material de alimentación de petróleo puede seleccionarse a partir de petróleo crudo de rango completo, petróleo crudo pesado, corrientes de producto a partir de refinerías de petróleo, corrientes de producto a partir de procesos de desintegración con vapor de refinería, carbones minerales licuados, productos líquidos recuperados a partir de arena de petróleo o de alquitrán, bitumen, esquisto bituminoso, asfalteno, hidrocarburos que se originan a partir de bio-masa (tal como por ejemplo, bio-diesel) , y similares.

Aunque el material de alimentación de hidrocarburos puede ser mejorado por tratamiento con agua super-crítica sola, el proceso de mejora en agua super-crítica está limitado por la disponibilidad de hidrógeno en el reactor hidro-térmico principal. Por ende, la presencia de hidrógeno adicional, tal como a partir de una composición donadora de hidrógeno, puede incrementar mayormente la eficiencia del proceso de mejora. La composición donadora de hidrógeno ("HDC") puede seleccionarse a partir de la fracción residual de destilado, hidro-desintegrador, formador de coque, rompedor de viscosidad, hidro-tratador, y producto FCC. Típicamente, la HDC es un fluido altamente viscoso, el cual puede de otra manera encontrar uso como un material de base de aceite lubricante. En general, el HDC es altamente alifático debido al hidro-tratamiento relativamente severo que ocurre, por ejemplo, en un hidro-desintegrador. La corriente de HDC de preferencia incluye una cantidad suficiente de compuestos aromáticos de anillos múltiples parcialmente hidrogenados, tales como tetralina (tetrahidronaftaleno) y tetralina alquilatada, así como hidrocarburos parafínicos. Tetralina, ante la donación de 4 hidrógenos a otros compuestos químicos, tiene la estructura química de naftaleno. En ciertas formas de realización, el HDC se selecciona a partir de tetralina, tetralina alquilatada, tal como 6-butil, 7-etil tetralina, y parafinas normales tales como n-eicosano (n-C21) , n-docosano (n-C22) , y n-octacosano (n-C28), y mezclas de los mismos. Otras composiciones donadores de hidrógeno posibles pueden incluir n-parafinas que son capaces de donar hidrógeno a través de aromatización y deshidrogenación . N-parafinas preferidas incluyen aquellas teniendo seis o mas átomos de carbono.

Como se menciona anteriormente, en ciertas formas de realización, una corriente de fondos a partir de varios procesos diseñados para tratar un material de alimentación de hidrocarburos pesados, tal como a partir de un hidro-desintegrador, puede utilizarse como la composición donadora de hidrógeno. En formas de realización preferidas, la corriente de fondos es pre-calentada previo a ser suministrada al reactor hidro-térmico como la composición donadora de hidrógeno. Sin desear limitarse por cualquier teoría específica, se cree que el pre-tratamiento de la corriente de fondos, lo cual puede incluir mantener la composición donadora de hidrógeno a una temperatura elevada por hasta alrededor de 90 minutos, puede ayudar a generar compuestos aromáticos parcialmente hidrogenados a partir de los varios compuestos aromáticos presentes, así como los compuestos n-parafínicos mas activos que están presentes. Se cree que durante el pre- ratamiento de la corriente de fondos, los compuestos en la misma pueden sufrir desintegración, deshidrogenación, ciclizacion, isomerización, oligomerización, y/o aromatización. Alternativamente, el calentamiento de pre-tratamiento de la corriente de HDC puede resultar en alguna ciclizacion de varios hidrocarburos alifáticos hacia compuestos naftenicos o compuestos aromáticos. Se entiende que puede haber producción de algunos compuestos parcialmente aromáticos a partir de la corriente de fondos en el reactor hidro-térmico principal, sin embargo utilización de un paso de pre-tratamiento para incrementar la efectividad de los compuestos de corrientes de fondos permite para que el tamaño del reactor hidro-térmico principal se minimice tal que no se dedique espacio en el reactor a la producción de compuestos parcialmente aromatizados a partir de la corriente de fondo por hidrogenación u otro proceso químico.

En un proceso alternativo, una corriente de fondo de hidro-desintegrador siendo utilizada como la HDC puede ser pre-tratada mediante primero suministrarse a una unidad de deshidro-genación catalítica, en donde compuestos nafténicos contenidos en la misma pueden convertirse en compuestos aromáticos parcialmente hidrogenados. Deshidrogenación catalítica, sin embargo, es un proceso mucho mas costoso que simplemente pre-calentar la corriente de HDC.

En el reactor hidro-térmico principal, a través de reacción térmica con el agua super-crítica, el material de alimentación de hidrocarburos sufre múltiples reacciones, incluyendo desintegración, isomerización, alquilatación, hidrogenación, deshidrogenación, desproporcionamiento, dimeriza-ción y oligomerización. Aunque el tratamiento hidro-térmico con agua super-crítica es operable para generar hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrocarburos, y agua a través de un proceso de reformación de vapor de agua, la adición de la composición donadora de hidrógeno proporciona átomos de hidrógeno adicionales para el proceso de mejora. Heteroátomos y metales, tales como azufre, nitrógeno, vanadio, y níquel, pueden transformarse por el proceso y liberarse.

En una forma de realización, la invención divulga un método para la mejora hidro-térmica de un material de alimentación de hidrocarburos por un método hidro-térmico, en donde el método no incluye un suministro externo de hidrógeno y catalizador. El método incluye los pasos de proporcionar y bombear un material de alimentación de hidrocarburos, agua, y una corriente comprendiendo una composición donadora de hidrógeno por bombas separadas, en donde el material de alimentación de hidrocarburos, agua, y composiciones donadoras de hidrógeno pueden cada una opcionalmente calentarse y presurizarse a temperaturas y presiones predeterminadas por dispositivos de calentamiento separados. El material de alimentación de hidrocarburos, agua y composición donadora de hidrógeno se combinan y se mezclan para proporcionar una corriente mixta, la cual puede entonces calentarse y presurizarse a una temperatura y presión que está cercana o mayor que la temperatura y presión super-críticas del agua. La corriente mixta se inyecta hacia el reactor hidro-térmico principal, en donde el material de alimentación de hidrocarburos sufre de mejora por reacción en el agua super-crítica, para producir corriente de hidrocarburos modificada que incluye hidrocarburos mejorados relativos al material de alimentación de hidrocarburos. La corriente de hidrocarburos modificada puede enviarse al dispositivo de enfriamiento para producir corriente de hidrocarburos modificada enfriada. La corriente de hidrocarburos modificada puede ser despresurizada para producir una corriente de hidrocarburos modificada despresurizada. La corriente de hidrocarburos modificada despresurizada y enfriada puede ser descargada como una corriente de descarga de hidrocarburos mejorada, la cual incluye hidrocarburos en fase de gas, hidrocarburos líquidos, y agua. La corriente de descarga de hidrocarburos mejorada puede ser separada para producir una corriente en fase de gas y una corriente en fase de líquido. La corriente en fase de líquido puede separarse hacia una corriente de agua y una corriente de producto de hidrocarburos .

Con referencia ahora a la figura 1, en una forma de realización, el aparato 100 es provisto para la mejora hidro-térmica de un material de alimentación de hidrocarburos. El material de alimentación de hidrocarburos 100 es provisto al primer mezclador 114 donde el material de alimentación de hidrocarburos y composición donadora de hidrógeno 112 se mezclan, de preferencia se mezclan de manera íntima, para producir la primera corriente mixta 116, la cual incluye al material de alimentación de hidrocarburos y la composición donadora de hidrógeno. El mezclador puede ser un aditamento simple en forma de T o dispositivo similar, como se conoce en la materia. El mezclador puede opcionalmente incluir medios para mezclado en línea incrementado entre componentes siendo suministrados al mismo, tales como generadores de vórtice.

La primera corriente mixta 116 es suministrada al segundo mezclador 120 donde la primera corriente mixta se combina y se mezcla de manera íntima con agua 118 para producir la segunda corriente mixta 122. El aparato 100 puede incluir varias bombas y válvulas para suministrar material de alimentación de hidrocarburos 110, composición donadora de hidrógeno 112, y agua 118 a los varios mezcladores. Adicionalmente, el aparato 100 puede incluir varios calentadores, intercambiadores de calor, o dispositivos similares para calentar una o mas de las corrientes de componentes de material de alimentación de hidrocarburos 110, composición donadora de hidrógeno 112, y agua 118. Por ejemplo, cada una de las líneas para suministrar una corriente calentada de material de alimentación de hidrocarburo 110, composición donadora de hidrógeno 112, y agua 118 pueden incluir un calentador (no mostrado) o medios similares para calentamiento para proporcionar una alimentación pre-calentada . De manera similar, el aparato 100 puede incluir una o mas bombas (no mostradas) o medios similares para proporcionar una corriente presurizada de material de alimentación de hidrocarburos 110, composición donadora de hidrógeno 112, o agua 118.

En ciertas formas de realización, el material de alimentación de hidrocarburos puede pre-calentarse a una temperatura de hasta alrededor de 250°C, alternativamente entre alrededor de 50 a 200°C, o alternativamente entre alrededor de 100 y 175°C, previo a ser suministrada al mezclador 114. En otras formas de realización, el material de alimentación de hidrocarburos puede ser pre-calentado a una temperatura de entre alrededor de 100 y 150°C, alternativamente entre alrededor de 150 y 200°C, o alternativamente entre alrededor de 175 y 225°C, previo a ser suministrada al mezclador 114.

En ciertas formas de realización, la composición donadora de hidrógeno puede ser pre-calentada a una temperatura de hasta alrededor de 500°C, alternativamente entre alrededor de 50 y 400°C, o alternativamente entre alrededor de 120 y 350°C, previo a ser suministrada al mezclador 114. En otras formas de realización, la composición donadora de hidrógeno puede ser pre-calentada a una temperatura de entre alrededor de 100 y 250°C, alternativamente entre alrededor de 200 y 350°C, o alternativamente entre alrededor de 350 y 450°C, previo a ser suministrada al mezclador 114.

En ciertas formas de realización, el agua puede ser pre-calentada a una temperatura de mas de alrededor de 250°C, opcionalmente entre alrededor de 250°C y 650°C, alternativamente entre alrededor de 300°C y 600°C, o entre alrededor de 400°C y 550°C, previo a ser suministrada al segundo mezclador 120. En otras formas de realización, el agua puede ser pre-calentada a una temperatura de entre alrededor de 250°C y 350°C, alternativamente entre alrededor de 350°C y 450°C, alternativamente entre alrededor de 450°C y 550°C, o alternativamente entre alrededor de 550°C y 650°C, previo a ser suministrada al segundo mezclador 120.

La segunda corriente mixta 122, la cual incluye al material de alimentación de hidrocarburos, la composición donadora de hidrógeno, y agua, suministrada a partir del segundo mezclador 120 al reactor hidro-térmico 124, puede incluir varios calentadores, como se menciona anteriormente, para calentar la segunda corriente mixta. En ciertas formas de realización, la segunda corriente mixta 122 se calienta a una temperatura de por lo menos alrededor de 350°C, alternativamente por lo menos alrededor de 370°C, alternativamente por lo menos alrededor de 374°C, o mayor.

Calentamiento del material de alimentación de hidrocarburos 110, composición donadora de hidrógeno 112, agua 118, y/o segunda corriente mixta 122 puede ser provista por un calentador de ranura, calentador de inmersión, horno tubular, cinta de calentamiento, intercambiador de calor, o dispositivo similar capaz de elevar la temperatura del fluido.

En ciertas formas de realización, las corrientes de material de alimentación de hidrocarburos, composición donadora de hidrógeno, y agua pueden presurizarse por separado a una presión de mas de presión atmosférica, de preferencia por lo menos alrededor de 15 MPa, alternativamente mas de alrededor de 20 MPa, o alternativamente mas de alrededor de 22 MPa. En ciertas formas de realización, el material de alimentación de hidrocarburos, composición donadora de hidrógeno, y agua pueden cada uno por separado presurizarse a una presión de ma de 22.1 MPa, alternativamente entre alrededor de 23 y 30 MPa, o alternativamente entre alrededor de 24 y 26 MPa.

La segunda corriente mixta 122, la cual incluye al material de alimentación de hidrocarburos, la composición donadora de hidrógeno, y agua, suministrada a partir del segundo mezclador 120 al reactor hidro-térmico 124, puede incluir varia bombas, como se menciona anteriormente, para presurizar la segunda corriente mixta. En ciertas formas de realización, la segunda corriente mixta 122 se presuriza a una presión de por lo menos 15 MPa, alternativamente por lo menos alrededor de 20 MPa, alternativamente por lo menos alrededor de 22.1 MPa, o mayor.

La segunda corriente mixta 122 es suministrada al reactor hidro-térmico 124, el cual se mantiene a una temperatura y presión tales que el agua está en su estado super-crítico . El reactor hidro-térmico 124 puede er un reactor de tipo tubular horizontal o vertical, o reactor de tipo recipiente. En ciertas formas de realización, el reactor hidro-térmico 124 incluye un agitador mecánico o medios similares para mezclar los reactivos.

El reactor hidro-térmico 124 se mantiene a una temperatura de por lo menos 374°C y una presión de por lo menos 22.1 MPa. Alternativamente, el reactor hidro-térmico 124 se mantiene a una temperatura de entre alrededor de 380°C y 550°C, alternativamente entre alrededor de 390°C y alrededor de 500°C, o alternativamente entre alrededor de 400°C y 450°C. En ciertas formas de realización, el reactor hidro-térmico 124 se mantiene a una presión de entre alrededor de 23 MPa y 30 MPa, alternativa-mente entre alrededor de 24 MPa y 26 MPa. Medios para calentar al reactor hidro-térmico 124 pueden incluir un calentador de ranura, calentador de inmersión, horno tubular, intercambiador de calor, o dispositivo similar conocido en la materia.

La segunda corriente mixta 122 se mantiene en el reactor hidro-térmico 124 por un tiempo de residencia de entre alrededor de 1 segundo y 120 minutos, alternativamente entre alrededor de 30 segundos y 60 minutos, alternativamente entre alrededor de 1 minuto y 30 minutos. En formas de realización alternativa, la segunda corriente mixta 122 se mantiene en el reactor hidro-térmico 124 por entre alrededor de 2 y 10 minutos, alternativamente entre alrededor de 10 y 20 minutos, o alternativamente entre alrededor de 20 y 30 minutos.

La tercera corriente mixta 126 saliendo del reactor hidro-térmico 124 incluye hidrocarburos mejorados y agua. Adicionalmente la tercera corriente mixta 126 saliendo del reactor hidro-térmico 124 puede incluir HDC no convertida y HDC convertida (deshidrogenada) . La tercera corriente mixta 126 puede opcionalmente ser suministrada a un dispositivo de enfriamiento (no mostrado) , tal como un enfriador o intercambiador de calor, para reducir la temperatura de la tercera corriente mixta. Por ejemplo, la tercera corriente mixta 126 puede salir del reactor hidro-térmico 124 como una corriente caliente y presurizada, la cual puede ser suministrada a uno o mas intercambiadores de calor para calentar una o mas de las corrientes seleccionada a partir del material de alimentación de hidrocarburos 110, composición donadora de hidrógeno 112, o agua 118. Ante salir del dispositivo de enfriamiento opcional, la temperatura de la tercera corriente mixta 126 puede ser menos que alrededor de 250 °C, alternativamente menos que alrededor de 200°C, o alternativamente menos que alrededor de 150°C. En ciertas formas de realización, la temperatura de la tercera corriente mixta 126 es entre alrededor de 5°C y 150°C, alternativamente entre alrededor de 10°C y 100°C, o alternativamente entre alrededor de 25°C y 75°C ante salir del dispositivo de enfriamiento opcional.

La tercera corriente mixta 126, ante salir del reactor hidro-térmico 124, puede opcionalmente suministrarse a un dispositivo de despresurización (no mostrado) para disminuir la presión de la corriente. Por ejemplo, en ciertas formas de realización, la tercera corriente mixta 126 puede ser suministrada a una válvula reguladora de presión, tubo capilar, o dispositivo similar para reducir la presión de la tercera corriente mixta. En ciertas formas de realización, el dispositivo de despresurización puede usarse en conjunto con un dispositivo de enfriamiento para proporcionar una corriente mixta despresurizada y enfriada. En ciertas formas de realización, ante salir del dispositivo de despresurización opcional, la tercera corriente mixta 126 puede tener una presión de entre alrededor de 0.1 MPa y 0.5 MPa, alternativamente entre alrededor de 0.1 MPa y 0.2 MPa.

La tercera corriente mixta 126 es suministrada a un separador 128, en donde los componentes en fase de gas 130 pueden separarse de los componentes en fase líquida, y los componentes en fase líquida pueden separarse adicionalmente en fase de agua 132 y fase orgánica 134, la cual puede incluir hidrocarburos mejorados. El separador 128 puede ser un tanque de asentamiento o dispositivo similar, e incluye medios para por separado retirar fracciones de gas, hidrocarburos y/o agua.

Con referencia ahora a la figura 2, en una forma de realización, el aparato 200 es provisto para la mejora hidro-térmica de material de alimentación de hidrocarburos 110. El proceso es similar a aquel el cual es provisto para el aparato 100, como se muestra anteriormente en la figura 1, excepto como se describe mas adelante. La composición donadora de hidrógeno 112 y agua 118 pueden suministrare al primer mezclador 114, donde las dos corrientes se mezclan, de preferencia se mezclan de manera íntima, para proporcionar una primera corriente mixta 210.

La primera corriente mixta 210 puede entonces suministrarse a segundos medios de mezclado 120 donde la primera corriente mixta se combina con el material de alimentación de hidrocarburos 110, de preferencia mezclado de manera íntima, para proporcionar la segunda corriente mixta 122. Como se menciona anteriormente, uno o mas del material de alimentación de hidrocarburos 110, composición donadora de hidrógeno 112, agua 118, primera corriente mixta 210, y segunda corriente mixta 122 puede cada uno por separador calentare y/o presurizarse previo a ser suministra-do al reactor hidro-térmico 124. La segunda corriente mixta 122 puede además procesarse en el reactor hidro-térmico 124 como se describe anteriormente con respecto al aparato 100 mostrado en la figura 1.

Con referencia ahora a la figura 3, en una forma de realización, el aparato 300 es provisto para la mejora hidro-térmica de material de alimentación de hidrocarburos 110. El proceso es similar a aquel que es provisto para el aparato 100, como se muestra anteriormente en la figura 1, excepto como se describe a continuación. El material de alimentación de hidrocar-buros 110 y agua 118 pueden suministrarse al primer mezclador 114, en donde las dos corrientes se mezclan, de preferencia se mezclan de manera íntima, para proporcionar una primera corriente mixta 310. La primera corriente mixta 310 puede entonces suministrarse a segundos medios de mezclado 120 donde la primera corriente mixta se combina con la composición donadora de hidrógeno 112, de preferencia se mezcla de manera íntima, para proporcionar la segunda corriente mixta 122. Como se menciona anteriormente, uno o mas del material de alimentación de hidrocarburos 110, composición donadora de hidrógeno 112, agua 118, primera corriente mixta 310, y segunda corriente mixta 122 puede cada uno por separado calentarse y/o presurizarse previo a ser suministrado al reactor hidro-térmico 124. La segunda corriente mixta 122 puede además procesarse en el reactor hidro-térmico 124 como se describe anteriormente con respecto al aparato 100 mostrado en la figura 1.

Con referencia ahora a la figura 4, en una forma de realización, el aparato 400 es provisto para la mejora hidro-térmica de un material de alimentación de hidrocarburos. El proceso es generalmente similar a aquel el cual es provisto en la figura 1, y descrito anteriormente, pero incluye pasos adicionales para la preparación y aislamiento de una composición donadora de hidrógeno, como se describe mas adelante. El segundo material de alimentación de hidrocarburos 410, típicamente una alimentación de hidrocarburos de bajo valor, tal como un residuo atmosférico o residuo de vacío, se suministra al reactor 412 para la preparación de corriente de producto de petróleo ligero 414. El reactor 412 puede seleccionarse a partir de cualquier reactor conocido para procesar hidrocarburos de grado bajo a productos de petróleo ligero de mayor valor, tal como un hidro-desintegrador, formador de coque, rompedor de viscosidad, hidro-tratador, unidad FCC, o similares. El segundo material de alimentación de hidrocarburos 410 es de preferencia un hidrocarburo de grado bajo o valor bajo, aunque se entiende que cualquier hidrocarburo a base de petróleo puede usarse. Hidrocarburos de grado bajo o valor bajo son particularmente preferidos por razones económicas.

La corriente de producto de petróleo ligero 414 puede suministrarse a la columna de destilación 416, la cual es operable para separar la corriente de producto de petróleo ligero hacia una fracción ligera 418 y una corriente de fondos 420. La corriente de fondos 420 puede incluir compuestos adecuados para uso como composiciones donadoras de hidrógeno, y puede suministrarse directamente al primer mezclador 114, donde la corriente de fondos se mezcla con el material de alimentación de hidrocarburos 110 para proporcionar la primera corriente mixta 116. En formas de realización alternativas, la corriente de fondos 420 puede además tratarse si es necesario, previo a ser suministrada al primer mezclador 114. En ciertas formas de realización, la corriente de fondos 420 puede pre-calentarse para incrementar la concentración de compuestos donadores de hidrógeno adecuados en la composición donadora de hidrógeno, tal como compuestos parcialmente aromatizados y compuestos n-parafínicos . Por ende, en ciertas formas de realización, el aparato 400 puede incluir un dispositivo de calentamiento (no mostrado) para pre-tratar la corriente de fondos 420. Alternativamente, el aparato 400 puede incluir un recipiente que incluye un dispositivo de calentamiento tal que una porción de la corriente de fondos 420 pueda mantenerse a una temperatura elevada por una duración predeterminada de tiempo. La primera corriente mixta 116 puede entonces suministrarse al segundo mezclador 120, donde puede combinarse, y de preferencia mezclarse de manera íntima, con alimentación de agua 118, y puede además procesarse como se describe con respecto al aparato 100 mostrado en la figura 1 y descrito anteriormente. Como se menciona anteriormente, uno o mas material de alimentación de hidrocarburos 110, segundo material de alimentación de hidrocarburos 410, corriente de fondos 420, agua 118, primera corriente mixta 310, y segunda corriente mixta 122 pueden cada uno por separado calentarse y/o presurizarse previo a ser suministrados al reactor hidro-térmico 124. En ciertas formas de realización, la fracción ligera 418 puede combinarse con una fracción de diesel o gasolina. En otras formas de realización, la fracción ligera 418 puede suministrarse al reactor hidro-térmico 124 (no mostrado) .

El reactor 412 puede incluir cualquier equipo asociado con procesar un material de alimentación de hidrocarburos, particularmente un material de alimentación de hidrocarburos pesados o un material de alimentación de hidrocarburos de grado bajo o valor bajo, para producir una corriente que incluye compuestos útiles para uso como una composición donadora de hidrógeno. Procesos ejemplares para mejorar una alimentación de hidrocarburos pesados pueden incluir procesos de hidro-desinte-gración, rompimiento de viscosidad, FCC, hidro-tratamiento y formación de coque. Típicamente, una fracción de destilados pesados tal como un residuo atmosférico o de vacío, teniendo un punto de ebullición que es mayor que alrededor de 360°C se suministra al reactor 412, en donde ciertas condiciones predeter-minadas se mantienen tal que la alimentación de hidrocarburos pesados se mejore a un producto de hidrocarburos mas ligeros, aunque, como se menciona anteriormente, otras fuentes de hidrocarburos pueden suministrarse al reactor 412. La fracción restante después de la destilación de la corriente de producto típicamente incluye compuestos teniendo una alta relación de hidrógeno : carbono y son adecuados para uso como compuestos donadores de hidrógeno.

Con referencia ahora a la figura 5, en una forma de realización, el aparato 500 es provisto para la mejora hidro-térmica de un material de alimentación de hidrocarburos. El proceso es generalmente similar al cual es provisto en la figura 4, y descrito anteriormente, pero incluye pasos adicionales, como se describe mas adelante. Como se menciona anteriormente, el segundo material de alimentación de hidrocarburos 410 es suministrado al reactor 412 para la preparación de la corriente de producto de petróleo ligero 414, la cual es entonces separada para proporcionar una corriente de fondos 420, la cual puede utilizarse como una composición donadora de hidrógeno. La corriente de fondos 420 puede ser suministrada directamente al primer mezclador 114, donde la corriente de fondos se mezcla, de preferencia intimamente, con agua 118 para proporcionar la primera corriente mixta 510. En formas de realización alternativas, la corriente de fondos 420 puede además tratarse si es necesario, previo a ser suministrada al primer mezclador 114.

Opcionalmente , la corriente de fondos 420 puede pre-calentarse para incrementar la concentración de compuestos donadores de hidrógeno adecuados en la composición donadora de hidrógeno, tal como compuestos aromatizados parcialmente. Por ende, en ciertas formas de realización, el aparato 500 puede incluir un dispositivo de calentamiento (no mostrado) para pre-tratar la corriente de fondos 420. Alternativamente, el aparato 500 puede incluir un recipiente que incluye un dispositivo de calentamiento tal que una porción de la corriente de fondos 420 pueda mantenerse a una temperatura elevada por una duración predeterminada de tiempo. La primera corriente mixta 510, comprendiendo agua y corriente de fondos 420, puede entonces suministrarse al segundo mezclador 120, donde puede combinarse, y de preferencia mezclarse de manera íntima, con alimentación de agua 118, y puede además procesarse como se describe con respecto al aparato 100 mostrado en la figura 1 y descrito anteriormente. Como se menciona anteriormente, uno o mas del material de alimentación de hidrocarburos 110, segundo material de alimentación de hidrocarburos 410, corriente de fondos 420, agua 118, primera corriente mixta 510, y segunda corriente mixta 122 pueden cada una por separado calentarse y/o presurizarse previo a ser suministradas al reactor hidro-térmico 124.

Con referencia ahora a la figura 6, en una forma de realización, el aparato 600 es provisto para la mejora hidro-térmica de un material de alimentación de hidrocarburos. El proceso es generalmente similar a aquel el cual es provisto anteriormente y mostrado en las figuras 4 y 5 pero incluye pasos adicionales, como se describen en la presente. Como se menciona anteriormente, el segundo material de alimentación de hidrocarbu-ros 410 es suministrado al reactor 412 para la preparación de corriente de producto de petróleo ligero 414, la cual es entonces separada para proporcionar una corriente de fondos 420, la cual puede utilizarse como una composición donadora de hidrógeno. La corriente de fondos 420 puede ser suministrada a segundos medios de mezclado 120. El material de alimentación de hidrocarburos 110 y agua 118 puede suministrarse al primer mezclador 114, donde las dos corrientes se mezclan, de preferencia de manera íntima, para proporcionar una primera corriente mixta 310. La primera corriente mixta 310 puede entonces suministrarse a los segundos medios de mezclado 120 donde la primera corriente mixta se combina con la corriente de fondos 420. Como se menciona anteriormente, la corriente de fondos 420 puede utilizarse como una composición donadora de hidrógeno. El segundo mezclador 120 mezcla la primera corriente mixta 310 y la corriente de fondos 420, de preferencia de manera íntima, para producir la segunda corriente mixta 122. En formas de realización alternativas, la corriente de fondos 420 puede además tratarse si es necesario, previo a ser suministrada al primer mezclador 114. Opcionalmente, la corriente de fondos 420 puede pre-calentarse para incrementar la concentración de compuestos donadores de hidrógeno adecuados en la composición donadora de hidrógeno, tales como compuestos parcialmente aromatizados. Por ende, en ciertas formas de realización, el aparato 600 puede incluir un dispositivo de calentamiento (no mostrado) para pre-tratar la corriente de fondos 420. Alternativamente, el aparato 600 puede incluir un recipiente que incluye un dispositivo de calentamiento tal que una porción de la corriente de fondos 420 pueda mantenerse a una temperatura elevada por una duración predeterminada de tiempo. La segunda corriente mixta 122 puede además procesarse como se describe con respecto al aparato 100 mostrado en la figura 1 y descrito anteriormente. Como se menciona anteriormente, uno o ma del material de alimentación de hidrocarburos 110, segundo material de alimentación de hidrocarburos 410, corriente de fondos 420, agua 118, primera corriente mixta 310, y segunda corriente mixta 122 puede cada una por separado calentarse y/o presurizarse previo a ser suministrado al reactor hidro-térmico 124.

En ciertas formas de realización, la composición donadora de hidrógeno puede ser pre-calentada previo a ser suministrada al reactor hidro-térmico 124. En ciertas formas de realización, la composición donadora de hidrógeno 112, o corriente de fondos 420, puede ser suministrada a un paso de pre-calentamiento que incluye mantener al compuesto donador de hidrógeno en una zona de pre-calentamiento por un periodo de entre alrededor de 1 a 240 minutos, alternativamente entre alrededor de 10 y 90 minutos, y suministrar suficiente calor, como se menciona mas adelante. En ciertas formas de realización, la composición donadora de hidrógeno 112 o corriente de fondos 420 se mantiene en una zona de pre-calentamiento por entre alrededor de 5 y 30 minutos, alternativamente entre alrededor de 30 y 60 minutos, alternativamente entre alrededor de 60 y 90 minutos, alternativamente entre alrededor de 90 y 120 minutos. En ciertas formas de realización, el paso de pre-calentamiento incluye mantener la composición donadora de hidrógeno 112 o corriente de fondos 420 en una zona de pre-calentamiento por una duración de tiempo específica a una temperatura de hasta alrededor de 500°C, alternativamente entre alrededor de 50°C y 400°C, o alternativamente entre alrededor de 120°C y 350°C. Pre-calentamiento de la composición donadora de hidrógeno 112 o la corriente de fondos 420 puede ayudar a generar una mayor cantidad de compuestos donadores de hidrógeno mas eficientes. En ciertas formas de realización, la primera corriente mixta 116, la cual incluye una mezcla de material de alimentación de hidrocarburos 110 y composición donadora de hidrógeno 112, puede suministrarse al paso de pre-calentamiento descrito anteriormente.

La relación de la tasa de flujo volumétrico del material de alimentación de hidrocarburos a agua para el proceso, a condiciones estándar, es entre alrededor de 1:10 y 10:1, alternativamente entre alrededor de 5:1 y 1:5, alternativamente entre alrededor de 1:2 y 2:1. En ciertas formas de realización, la relación de la tasa de flujo volumétrico del material de alimentación de hidrocarburos a agua, a condiciones estándar, es entre alrededor de 1:10 y 10:1, alternativamente entre alrededor de 1:2 y 2:1.

La relación por peso de la composición donadora de hidrógeno del material de alimentación de hidrocarburos para el proceso, a condiciones estándar, es entre alrededor de 0.005:1 y 0.1:1, alternativamente entre alrededor de 0.005:1 y 0.01:1, alternativamente entre alrededor de 0.01:1 y 0.05:1, alternativamente entre alrededor de 0.05:1 y 0.1:1. En ciertas formas de realización, la relación por peso de la composición donadora de hidrógeno al material de alimentación de hidrocarburos, a condiciones estándar, es entre alrededor de 0.01:1 y 0.05:1. En general, la relación de HDC/material de alimentación de hidrocarburos depende del número de átomos de hidrógeno disponibles a partir del HDC, así como la cantidad deseada de mejora del material de alimentación de hidrocarburos.

Una ventaja de ciertas formas de realización de la presente invención incluye ahorros de costos significativos utilizando una corriente de fondos a partir de un proceso asociado de mejora de hidrocarburos de valor bajo o grado bajo. Ciertos compuestos donadores de hidrógeno individuales conocidos, por ejemplo tetralina, pueden ser costosos y difíciles de suministrar a un proceso de mejora en sitio. Adicionalmente , estos compuestos pueden ser difíciles de recuperar y regenerar pues f ecuentemente requieren hidrógeno externo y un catalizador. Mediante utilizar la corriente de fondos a partir de un proceso asociado, pasos tradicionales para separar y aislar los compuestos donadores de hidrógeno específicos se eliminan, por ende ahorrando tiempo y costo significativos. Mas aun, debido al costo evitado en anticipo, puede haber poca necesidad o deseo por recuperar y regenerar composiciones donadoras de hidrógeno. En su lugar, los compuestos deshidrogenados resultantes (por ejemplo, naftaleno en el caso donde tetralina se utiliza como la composición donadora de hidrógeno) puede permanecer en el producto de hidrocarburos mejorados.

Ejemplos Los ejemplos siguientes muestran mejora de crudo pesado de acuerdo con una forma de realización de la presente invención.

Ejemplo 1. Mejora del estado de la técnica con agua super-crítica . Un petróleo crudo pesado árabe de rango completo y agua desionizada se presurizaron a una presión de alrededor de 25 MPa. Tasas de flujo volumétrico de petróleo crudo y agua desionizada a condiciones estándar fueron aproximadamente 3.1 y 6.2 mL/minuto, respectivamente. La corriente de petróleo crudo se pre-calentó en un primer pre-calentador a una temperatura de alrededor de 150°C y la corriente de agua desionizada se pre-calentó a una temperatura de alrededor de 450 °C. El petróleo crudo pre-calentado y el agua desionizada se combinaron mediante fluir a través de un aditamento en forma de T teniendo un diámetro interno de alrededor de 0.083 pulgadas (2.11 mm) para formar una corriente combinada teniendo una temperatura de alrededor de 379°C, la cual estuvo por encima de la temperatura crítica del agua. La corriente combinada se suministró a un reactor hidro-térmico principal orientado de manera vertical teniendo un volumen interno de alrededor de 200 mL. El tiempo de residencia en el reactor hidro-térmico principal fue alrededor de 10 minutos. Una corriente de hidrocarburos mejorada saliendo del reactor hidro-térmico principal tuvo una temperatura de alrededor de 380°C, y se suministró a un enfriador, el cual produjo una corriente de hidrocarburos mejorados enfriada teniendo una temperatura de alrededor de 60°C. La corriente de hidrocarburos mejorados enfriada se despresurizó por regulador de retro-presión a presión atmosférica. La corriente de hidrocarburos mejorados enfriada despresurizada se separó en productos de fase de gas, petróleo y agua produciendo un rendimiento de líquido total (petróleo y agua) de alrededor de 95% por peso después de operación del proceso por alrededor de 12 horas. El hidrocarburo mejorado resultante tuvo un contenido de azufre total de alrededor de 1.91%, una gravedad API de alrededor de 23.5, y una temperatura de destilación T80 de alrededor de 639°C.

Ejemplo 2. Una corriente de petróleo crudo pesado árabe de rango completo, una corriente de agua desionizada, y una composición donadora de hidrógeno se presurizaron cada una por separado por bombas de medición a una presión de alrededor de 25 MPa. Tasas de flujo volumétrico de petróleo crudo y agua desionizada a condiciones estándar fueron alrededor de 3.1 y 6.2 mL/minuto, respectivamente. Una corriente de fondos a partir de una unidad de hidro-desintegración teniendo hidrocarburos parafínicos como el componente principal se suministró como la composición donadora de hidrógeno y se suministró a una tasa de flujo volumétrico de alrededor de 0.05 ml/minuto. El petróleo crudo presurizado, agua desionizada, y composición donadora de hidrógeno se pre-calentaron en calentadores separados, en donde el petróleo crudo se pre-calentó a una temperatura de alrededor de 150°C, el agua desionizada se pre-calentó a una temperatura de alrededor de 450°C, y la composición donadora de hidrógeno se pre-calentó a una temperatura de alrededor de 300°C. La corriente de petróleo crudo y composición donadora de hidrógeno se combinaron en un primer dispositivo de mezclado de aditamento simple en forma de T teniendo un diámetro interno de alrededor de 0.083 pulgadas (2.11 mm) para producir una primera corriente mixta teniendo una temperatura de alrededor de 178 °C. La primera corriente mixta se combinó con el agua presurizada pre-calentada en un dispositivo de mezclado teniendo una temperatura de alrededor de 380 °C y se inyectó en un reactor hidro-térmico orientado verticalmente teniendo un volumen interno de alrededor de 200 mL, y mantenido en el reactor por alrededor de 10 minutos para producir una corriente modificada que incluye hidrocarburos mejorados. La corriente modificada se enfrió con un enfriador para producir una corriente modificada enfriada teniendo una temperatura de alrededor de 60°C. La corriente modificada enfriada se despresurizó a presión atmosférica con un regulador de retro-presión. La corriente modificada enfriada y despresurizada se separó en productos separados en fase de gas, petróleo y agua. Un rendimiento de líquido total (petróleo y agua) de aproximadamente 100% por peso se obtuvo después de operación del proceso por 12 horas. El hidrocarburo mejorado resultante tuvo un contenido de azufre total de alrededor de 1.59%, una gravedad API de alrededor de 24.1, y una temperatura de destilación T80 de alrededor de 610°C.

Como se muestra en la Tabla 1, siguiente, los resultados de mejora térmica del crudo pesado árabe de rango completo detallados en los ejemplos 1 y 2 anteriores se comparan con las propiedades del crudo pesado árabe de rango completo previo a la mejora. Como se observa, la adición de la composición donadora de hidrógeno incrementa la mejora del crudo pesado. Utilizando el método del ejemplo 2, anterior, resulta en la remoción de un 17% adicional de azufre, y una reducción en la temperatura de destilación T80 de alrededor de 29°C.

Tabla 1 Aunque la presente invención ha sido descrita en detalle, deberá entenderse que varios cambios, sustituciones, y alteraciones pueden hacerse sobre la misma sin salirse del principio y alcance de la invención. De manera acorde, el alcance de la presente invención deberá determinarse por las siguientes reivindicaciones y sus equivalentes legales apropiados.

Las formas singulares "uno" , "una" , "el" , y "la" incluyen referentes plurales, a menos de que el contexto dicte de manera clara de otra manera.

Opcional u opcionalmente significa que el evento o circunstancias subsecuentemente descritas pueden o no ocurrir. La descripción incluye instancias donde el evento o circunstancia ocurre e instancias donde no ocurre.

Rangos pueden expresarse en la presente como a partir de alrededor de un valor particular, y/o a alrededor de otro valor particular. Cuando tal un rango se expresa, se entenderá que otra forma de realización es de el un valor particular y/o el otro valor particular, junto con todas las combinaciones dentro de dicho rango .

A través de esta solicitud, donde patentes o publica-ciones son referenciadas , las divulgaciones de estas referencias en sus totalidades tienen la intención de ser incorporadas por referencia en esta solicitud, de modo de describir de manera mas completa el estado de la técnica a la cual pertenece la invención, excepto cuando estas referencias contradicen los enunciados hechos en la presente.

Claims (21)

REIVINDICACIONES

1. Un método de mejorar un material de alimentación de hidrocarburos, el método comprendiendo los pasos de: suministrar una corriente mixta comprendiendo al material de alimentación de hidrocarburos, agua y una composición donadora de hidrógeno pre-calentada a un reactor hidro-térmico, en donde la corriente mixta se mantiene a una presión mayor que la presión crítica de agua y una temperatura mayor que la temperatura crítica de agua, y en donde la composición donadora de hidrógeno pre-calentada es pre-calentada a una temperatura de mas de alrededor de 50°C y mantenida a dicha temperatura por un periodo de por lo menos alrededor de 10 minutos; reaccionar la corriente mixta en el reactor hidro-térmico en ausencia de catalizador; reaccionar la corriente mixta en el reactor hidro-térmico por un tiempo de residencia suficiente para convertir la corriente mixta en una corriente modificada, dicha corriente modificada comprendiendo hidrocarburos mejorados relativos al material de alimentación de hidrocarburos; separar la corriente modificada en una corriente de gas y una corriente de líquido; y separar la corriente de líquido en una corriente de agua y una corriente de producto de hidrocarburos mejorados.

2. El método de la reivindicación 1, en donde la composición donadora de hidrógeno es una corriente de fondos a partir de un proceso seleccionado a partir del grupo que consiste en hidro-desintegración, formación de coque, rompimiento de viscosidad, hidro-tratamiento, o desintegración catalítica.

3. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1- 2, en donde la composición donadora de hidrógeno es producida por los siguientes pasos: suministrar un material de alimentación de hidrocarburos de grado bajo a un reactor, el reactor siendo seleccionado a partir del grupo que consiste en un hidro-desintegrador, un formador de coque, un rompedor de viscosidad, un hidro-tratador, o un desintegrador catalítico, en donde dicho material de alimentación de hidrocarburos de grado bajo se convierte a una corriente intermedia; separar la corriente intermedia en una corriente de hidrocarburos que comprende hidrocarburos mejorados y una corriente de fondos comprendiendo la composición donadora de hidrógeno .

4. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1- 3, en donde el método no incluye el paso de suministrar gas hidrógeno al reactor hidro-térmico .

5. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1- 4, comprendiendo además, previo al paso de separar la corriente modificada : despresurizar la corriente modificada; y reducir la temperatura de la corriente modificada.

6. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1- 5, comprendiendo además: mantener la presión del reactor hidro-térmico en mas de alrededor de 24 MPa; y mantener la temperatura del reactor hidro-térmico en mas de alrededor de 395°C.

7. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1- 6, comprendiendo además: mantener la presión del reactor hidro-térmico en entre alrededor de 24 y 26 MPa; y mantener la temperatura del reactor hidro-térmico en entre alrededor de 400°C y 450°C.

8. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1- 7, en donde la relación volumétrica del material de alimentación de hidrocarburos a agua suministrada al reactor hidro-térmico es entre 1:10 y 10:1.

9. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1- 8, en donde la relación por peso de la composición donadora de hidrógeno al material de alimentación de hidrocarburos es entre alrededor de 0.005:1 y 0.1:1.

10. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1- 9, previo a mezclar el material de alimentación de hidrocarburos, composición donadora de hidrógeno y agua, comprendiendo además los pasos de: pre-calentar al material de alimentación de hidrocarbu-ros a una temperatura de hasta alrededor de 250°C; pre-calentar la composición donadora de hidrógeno a una temperatura de hasta alrededor de 500 °C; pre-calentar el agua a una temperatura de hasta alrededor de 650°C; y mezclar la corriente de material de alimentación de hidrocarburos pre-calentada, la composición donadora de hidrógeno, y la corriente de agua para producir la corriente mixta.

11. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1- 10, en donde el tiempo de residencia de la corriente mixta en el reactor hidro-térmico es entre alrededor de 1 minuto y 30 minutos .

12. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1- 11, en donde la composición donadora de hidrógeno es seleccionada a partir del grupo que consiste en tetralina, tetralina alquila-tada, extractos de carbón licuado, destilados de refinería de petróleo, productos desintegrados a partir de · una corriente de producto de refinería de petróleo, residuo a partir de una refinería de petróleo, y combinaciones de los mismos.

13. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1- 12, en donde la composición donadora de hidrógeno es pre-calentada a una temperatura de entre alrededor de 120°C y 350°C, y en donde dicha composición donadora de hidrógeno se mantiene en dicha temperatura pre-calentada por un periodo de entre alrededor de 10 y 90 minutos.

14. Un método para mejorar un material de alimentación de hidrocarburos, el método comprendiendo los pasos de: suministrar un primer material de alimentación de hidrocarburos de grado bajo a un primer reactor seleccionado a partir del grupo que consiste en un hidro-desintegrador, un formador de coque, un rompedor de viscosidad, un hidro-tratador, y un desintegrador catalítico, en donde dicho primer reactor está configurado para la mejora del primer material de alimentación de hidrocarburos ; recuperar una corriente de hidrocarburos intermedia a partir del primer reactor; separar la corriente de hidrocarburos intermedia en una corriente de hidrocarburos ligeros y una corriente de fondos; pre-calentar la corriente de fondos a una temperatura de por lo menos alrededor de 120°C por un periodo de por lo menos alrededor de 10 minutos; mezclar dicha corriente de fondos pre-calentada, un material de alimentación de hidrocarburos, y agua para formar una mezcla de reacción; suministrar la mezcla de reacción a un reactor hidro-térmico principal mantenido a una temperatura mayor que alrededor de 374°C y una presión mayor que alrededor de 22.06 MPa por un tiempo de residencia en el reactor hidro-térmico de entre alrededor de 30 segundos y 60 minutos para producir corriente modificada comprendiendo hidrocarburos mejorados, en donde el reactor hidro-térmico principal no incluye un catalizador; retirar la corriente modificada; separar la corriente modificada en una fase gaseosa y una fase líquida; y separar la fase líquida en una corriente de agua y una corriente de hidrocarburos mejorados, en donde la corriente de hidrocarburos mejorados tiene por lo menos una propiedad física mejorada según se compara con el material de alimentación de hidrocarburos, las propiedades físicas seleccionadas a partir de contenido de azufre, contenido de nitrógeno, contenido de metal, contenido de coque, y gravedad API.

15. El método de la reivindicación 14, en donde el método no incluye suministrar gas hidrógeno al reactor hidro-térmico principal.

16. El método de cualquiera de las reivindicaciones 14 o 15, comprendiendo además, previo al paso de separar la corriente modificada: despresurizar la corriente modificada; y reducir la temperatura de la corriente modificada.

17. El método de cualquiera de las reivindicaciones 14-16, comprendiendo además: mantener la presión en el reactor hidro-térmico principal en entre alrededor de 24 MPa y alrededor de 26 MPa; y mantener la temperatura en el reactor hidro-térmico principal en mas de alrededor de 380°C y alrededor de 550°C.

18. El método de cualquiera de las reivindicaciones 14-17, en donde la relación volumétrica del material de alimentación de hidrocarburos a agua suministrada al reactor hidro-térmico es entre 1:10 y 10:1.

19. El método de cualquiera de las reivindicaciones 14-18, en donde la relación por peso de la composición donadora de hidrógeno al material de alimentación de hidrocarburos es entre alrededor de 0.005:1 y 0.1:1.

20. El método de cualquiera de las reivindicaciones 14-19, comprendiendo además los pasos de: pre-calentar una corriente de material de alimentación de hidrocarburos a una temperatura de hasta alrededor de 250°C; pre-calentar una composición donadora de hidrógeno a una temperatura de hasta alrededor de 500°C; pre-calentar una corriente de agua a una temperatura de hasta alrededor de 650°C; y mezclar la corriente de material de alimentación de hidrocarburos pre-calentada, la composición donadora de hidrógeno, y la corriente de agua para producir la corriente mixta.

21. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-20, en donde el tiempo de residencia de la corriente mixta en el reactor hidro-térmico principal es entre 1 minuto y 30 minutos.