MX2013004319A - Proceso para hidrocraquear una materia prima de hidrocarburo. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un proceso de hidrocraqueo que comprende los pasos que consisten en: (a) combinar una materia prima hidrocarbónica y una corriente de reciclado de la fracción de residuos pesados con un gas rico en hidrógeno para obtener una mezcla que comprende una materia prima hidrocarbónica e hidrógeno; (b) hidrocraquear catalíticamente la mezcla que comprende una materia prima hidrocarbónica e hidrógeno en una zona de hidrocraqueo para obtener un efluente hidrocraqueado; (c) separar el efluente hidrocraqueado en una primera porción de vapor y una primera porción líquida en una zona de separación; (d) calentar la primera porción líquida para formar una primera porción líquida vaporizada; (e) alimentar la primera porción líquida vaporizada a una sección de fraccionamiento que produce fracciones de producto individuales que incluyen una fracción de residuos pesados que comprende petróleo crudo no convertido en la zona de fondo de la sección de fraccionamiento; (f) retirar de la sección de fraccionamiento la fracción de residuos pesados; (g) dividir la fracción de residuos pesados en una corriente para el agotamiento y una corriente de reciclado de la fracción de residuos pesados; (h) agotar la corriente para el agotamiento, con un medio de agotamiento, en una columna de agotamiento contracorriente para formar un vapor de la parte alta y un líquido agotado; (i) alimentar el vapor de la parte alta a la sección de fraccionamiento, a una corriente de reciclado o a una posición corriente arriba de la sección de fraccionamiento; y (j) remover por lo menos una parte del líquido agotado de la columna de agotamiento contracorriente como una purga neta del petróleo crudo no convertido.

Description

PROCESO PARA HIDROCRAQUEAR UNA MATERIA PRIMA DE HIDROCARBURO Campo de la Invención La invención se refiere a un proceso para hidrocraquear una materia prima de hidrocarburo para obtener productos de punto de ebullición más bajo, más valiosos tales como gas licuado de petróleo (LPG, por sus siglas en inglés), nafta, queroseno y diesel. En particular, la invención tiene que ver con un proceso por medio del cual los compuestos aromáticos, polinucleares, pesados se concentran en una porción del petróleo crudo no convertido de modo que pueden ser retirados, dando por resultado la conversión y el rendimiento incrementados de los productos.

Antecedentes de la Invención La conversión completa del petróleo o gasóleos pesados, sintéticos a productos destilados tales como gasolina, combustible de aviación y diesel en un hidrocraqueador es limitada prácticamente por la formación de compuestos aromáticos, polinucleares, pesados (HPNA, por sus siglas en inglés) . Estos compuestos, formados por reacciones secundarias indeseadas, son estables y es virtualmente imposible hidrocraquearlos . Los HPNA son compuestos aromáticos, policíclicos , fusionados que tienen 7+ anillos por ejemplo corónenos C24Hi2/ benzocoronenos i C28Hi4, dibenzocoronenos C32Hi6 y oválenos C32Hi4. j Los HPNA con 7+ anillos aromáticos son subproductos de reacciones de hidrocraqueo que pueden causar potencialmente problemas significativos en las unidades de hidrocraqueo. Cuando se excede el límite de solubilidad para los HPNA, se forman sólidos en las líneas ; de transferencia, válvulas y sobre las superficies de los ' I intercambiadores de calor. Adicionalmente, los HPNA pueden contribuir a la desactivación del catalizador por medio de la inhibición reversible y la formación de coque. Los i problemas de los HPNA ocurren particularmente cuando se ' I procesan materias primas pesadas con parámetros de destilación altos y reservas craqueadas más aromáticas en unidades de reciclado de alta conversión.

Consecuentemente, los HPNA se acumulan a altos ; niveles en las corrientes de reciclado empleadas normalmente en los procesos de alta conversión, dando por ¡ resultado la contaminación de los catalizadores y el equipo .

La solución convencional para este problema es 1 retirar una porción de la corriente de petróleo crudo de reciclado como una corriente de petróleo crudo no convertido para purgar los compuestos HPNA del sistema, equilibrando de manera efectiva la velocidad de purga dej HPNA con la velocidad de su formación por las reacciones.) Este planteamiento limita el nivel de conversión total quej i se puede lograr en el hidrocraqueador . J En un proceso de hidrocraqueo de alta conversiónj I convencional, una materia prima de gasóleo pesado! I hidrocarbónico se combina con un gas rico en hidrógeno y se hace reaccionar sobre un catalizadorM para obtener un efluente hidrocraqueado que comprende productos de peso ¡ molecular más bajo, menos densos. El efluente { hidrocraqueado del reactor se condensa y se separa dentro I i de una zona de separación en una porción líquida que J compréhde principalmente hidrocarburos y una porción de j vapor que comprende principalmente hidrógeno sin | reaccionar. El vapor de esta separación se puede combinar con una reposición de hidrógeno para justificar el j hidrógeno consumido por la reacción y luego se puede j I comprimir y se puede hacer circular de nuevo en él recipiente del reactor. La primera porción líquida de la ; zona de separación luego es dirigida a una sección de fraccionamiento donde los productos más ligeros son destilados de los productos no convertidos, pesados en una sección de fraccionamiento por ejemplo una torre de fraccionamiento o una serie de torres de fraccionamiento. Normalmente se introduce calor a esta operación de recuperación con el propósito de proporcionar la energía' necesaria para la separación.

El planteamiento convencional para controlar la acumulación de compuestos HPNA en el petróleo crudo de reciclado es retirar una purga de producto de petróleo crudo de reciclado de la unidad como un petróleo crudo no convertido. La velocidad de purga se puede ajustar con el fin de equilibrar el rechazo de HPNA con la producción ' neta. Esta purga reduce esencialmente el nivel de , conversión total alcanzable por medio del hidrocraqueo a menos de 100 por ciento. Dependiendo de la calidad de la j alimentación y las condiciones de proceso, la velocidad de purga puede ser de uno o dos por ciento hasta tanto como 10 : I por ciento de la velocidad de alimentación nueva. El rendimiento de productos destilados valiosos se reduce correspondientemente a una pérdida económica sustancial '¡ para el refinador. ; La patente de los Estados Unidos No. 6,361,683 da a conocer un proceso de hidrocraqueo por medio del cual el efluente hidrocraqueado es agotado en hidrógeno en una zona de agotamiento para producir una corriente hidrocarbónica gaseosa la cual es pasada a través de una zona de hidrogenación pos-tratamiento para saturar los compuestos aromáticos. La zona de fraccionamiento está asociada con una zona de agotamiento la cual es alimentada con un líquido hidrocarbónico agotado que se obtuvo por medio del agotamiento del efluente hidrocraqueado . El agotamientoi para retirar los HPNA también se considera.

La patente de los Estados Unidos No. 6,858,128 da1 a conocer un proceso de hidrocraqueo el cual utiliza una zona de fraccionamiento que tiene una sección de fondo con una pared divisoria para incluir secciones adecuadas para ; el agotamiento de vapor para concentrar los HPNA.

Las patentes de los Estados Unidos Nos. 4,961,839 y 5,120,427 dan a conocer un proceso de hidrocraqueo en el cual toda la fracción de residuos es alimentada a una , columna de agotamiento, proporcionada como una columna i corta en el fondo de la zona de fraccionamiento. La zona de i I fraccionamiento es alimentada por una corriente vaporizada, ¦ para recuperar la mayor parte de hidrocarburos ligeros, mientras que hace posible una purga de una corriente de 1 residuos neta, líquida que es rica en HPNA. La patente emplea un alto grado de vaporización de la alimentación . para el fraccionamiento con el propósito de minimizar la corriente purgada y asegurar que solo se recicle una fracción libre de PNA, pero este alto grado de vaporización está asociado con un consumo indeseado de energía.

Existe un incentivo económico sustancial para maximizar la conversión de la alimentación pesada y una característica clave de la mayor parte de estos procesos es el reciclado del petróleo crudo no convertido nuevamente al; sistema de reacción controlando en consecuencia laj rigurosidad del craqueo y mejorando la selectividad de lasj reacciones de hidrocraqueo hacia productos finales más deseables tales como gasolina, combustible de aviación y: combustible diesel. Sin embargo, todos los procesos y catalizadores de hidrocraqueo conocidos están sujetos a reacciones secundarias indeseables que conducen a la ; formación de compuestos aromáticos, polinucleares, pesados (HPNA) , los cuales se acumulan en la corriente de reciclado de petróleo crudo no convertido. Es virtualmente imposible convertir estos compuestos por medio de reacciones de ; hidrocraqueo y estos compuestos muestran una fuerte ¡ tendencia hacia la acumulación a altos niveles de concentración en la corriente de petróleo crudo de ' i reciclado. Conforme la concentración aumenta, el desempeño 1 del sistema del reactor se degrada continuamente lo que conduce a condiciones no económicas.

Sumario de la Invención Un objetivo de la invención es proporcionar un proceso de hidrocraqueo por medio del cual se incrementa la conversión de los materiales más pesados y0 de peso | molecular más alto en productos, dando por resultado un , rendimiento neto reducido de petróleo crudo no convertido.

Un objetivo adicional del proceso de hidrocraqueo! es minimizar la necesidad de una purga mediante la concentración de los compuestos HPNA en una porción de la; corriente de petróleo crudo no convertido.

Descripción Detallada de la Invención Estos objetivos se alcanzan por medio de · un proceso de hidrocraqueo que comprende los pasos que 1 consisten en: (a) combinar una materia prima hidrócarbónica y una corriente de reciclado de la fracción de residuos pesados con un gas rico en hidrógeno para obtener una mezcla que comprende una materia prima hidrócarbónica e hidrógeno; (b) hidrocraquear catalíticamente la mezcla que comprende una materia prima hidrócarbónica e hidrógeno en una zona de hidrocraqueo para obtener un efluente hidrocraqueado; (c) separar el efluente hidrocraqueado en una primera porción de vapor y una primera porción líquida en una zona de separación; (d) calentar la primera porción líquida para formar una primera porción líquida sustancialmente vaporizada; (e) alimentar la primera porción líquida vaporizada a una sección de fraccionamiento que produce! fracciones de . producto individuales que incluyen unaj fracción de residuos pesados que comprende petróleo crudoj no convertido en la zona de fondo de la sección del I fraccionamiento; j (f) retirar de la sección de fraccionamiento la fracción de residuos pesados; j i (g) dividir la fracción de residuos pesados en J una corriente para el agotamiento y una corriente de j ¦ I reciclado de la fracción de residuos pesados; | (h). agotar la corriente para el agotamiento, con un medio de agotamiento, en una columna de agotamiento contracorriente para formar un vapor de la parte alta y un líquido agotado; (i) alimentar el vapor de la parte alta a la sección de fraccionamiento, a una corriente de reciclado o a una posición corriente arriba de la sección de -fraccionamiento; y (j) remover por lo menos una parte del líquido agotado de la columna de agotamiento contracorriente como una.purga neta del petróleo crudo no convertido.

En una modalidad, la primera porción líquida vaporizada es por lo menos 50%, preferiblemente por lo menos 75%, aún más preferiblemente por lo menos 85% y mucho más preferiblemente por lo menos 90% vaporizada y a lo sumo separación de HPNA y producto en la zona de fraccionamiento! ! con un grado creciente de vaporización y una eficiencia de , ii energía creciente con vaporización decreciente, ya que; í cualquier fracción vaporizada reciclada se someterá a unj i cambio de fase adicional antes del reciclado. i En una modalidad, una parte del líquido agotado j se recicla, se combina con la corriente para el agotamiento | y se dirige a una entrada de la columna de agotamiento contracorriente, dando por resultado una concentración incrementada de HPNA en la purga neta.

En una modalidad, la porción reciclada del líquido agotado y/o la corriente para el agotamiento íse calienta por medio del intercambio de calor con la fracción de residuos pesados, con el beneficio de una recuperación incrementada de calor residual y un mejor flujo y separación del líquido en el agotador.

En una modalidad adicional, la corriente para el agotamiento se calienta antes del proceso de agotamiento para elevar su temperatura arriba de su punto de ebullición tal como arriba de 300°C, preferiblemente arriba de 320°C y más preferiblemente arriba de 330°C lo cual tiene el efecto de una concentración de los HPNA aún adicionalmente , al facilitar la evaporación de otros constituyentes.

En una modalidad adicional, se transfiere energía térmica de la fracción de residuos pesados al medio de agotamiento por medio del intercambio de calor, lo cual permite el intercambio de calor en las corrientes las cuales no han sido concentradas adicionalmente en un petróleo crudo no convertido pesado mediante el ¡ agotamiento.

En una modalidad adicional, el medio de agotamiento es vapor preferiblemente vapor de presión media que tiene una presión entre 1 y 20 barg, más ; preferiblemente entre 3.5 y 10 barg y mucho más > preferiblemente entre 3.5 y 6 barg.

En una modalidad, la primera porción de vapor i comprende productos de bajo peso molecular más ligeros e hidrógeno no convertido. I Otra modalidad proporciona como la fracción de '. residuos pesados la fracción de punto de ebullición normal más alta de la sección de fraccionamiento, que comprende un material hidrocarbónico.

En una modalidad, la separación mejorada se obtiene en la columna de agotamiento contracorriente ya que comprende múltiples etapas de equilibrio en la forma de charolas o material de empaque .

En una modalidad adicional, una parte de la fracción de residuos pesados se dirige dentro de unaí corriente de la fracción de residuos pesados para eL reciclado y. se combina con la materia prima hidrocarbónica' para ser introducida a la zona de hidrocraqueo, para proporcionar el hidrocraqueo del petróleo crudo no convertido .

En una modalidad, el caudal de la corriente para el agotamiento es controlado por una unidad de control de flujo de acuerdo con un caudal deseado de la purga neta de petróleo crudo no convertido, de tal manera que el flujo de purga neta se puede optimizar.

La materia prima hidrocarbónica puede ser hidrotratada antes del hidrocraqueo.

En una modalidad, algo o la totalidad de la energía para el calentamiento de la corriente para el agotamiento es proporcionada del intercambio de calor con una o más corrientes del proceso de hidrocraqueo por ejemplo un efluente del reactor o del intercambio de calor con una fuente externa de medio de calentamiento tal como vapor de alta presión, gas de escape caliente de un calentador por combustión o mediante el calentamiento eléctrico.

Una modalidad involucra un proceso en donde el líquido agotado comprende compuestos aromáticos, polinucleares, pesados en una cantidad más grande que la cantidad comprendida en la fracción de residuos pesados1 retirada de la columna de fraccionamiento, reduciendo de! esta manera la parte de petróleo crudo no convertido en lai corriente de purga neta.

En una modalidad adicional, la salida del medio de agotamiento de la unidad de agotamiento se puede agregar a la sección de fraccionamiento, dando por resultado un I ahorro del consumo del medio de agotamiento.

En una modalidad adicional, el proceso comprende además el paso que consiste en reciclar algo del líquido agotado de la columna de agotamiento contracorriente y mezclarlo con la corriente para el agotamiento, para : alimentarlo a la columna de agotamiento contracorriente, con el efecto asociado de la provisión de una concentración i aún más alta de HPNA en el petróleo crudo no convertido. En este caso, puede ser necesario agregar calor adicional al ; proceso de agotamiento contracorriente, para asegurar que ; el líquido esté arriba de su temperatura de punto de ebullición durante el agotamiento.

En una modalidad adicional, los HPNA se extraen de la purga neta por medio de la adsorción en un adsorbente, para permitir que la purga neta sea reciclada al proceso, con el beneficio de un rendimiento incrementado .

Breve Descripción de la Figura La Figura 1 ilustra una modalidad del proceso de acuerdo con la invención en la cual el control del flujo se emplea en la corriente para el agotamiento y una parte del la fracción de residuos pesados se recicla. ¡ El proceso dado a conocer utiliza pasos de | I proceso específicos para reducir la purga neta de petróleo I I crudo no convertido de un hidrocraqueador . Esta reducción | se puede realizar al tomar la corriente de la fracción de j fondo del fondo de la sección de f accionamiento del J producto tal como una columna de fraccionamiento, calentarla sustancialmente arriba de su punto de ebullición ¡ y luego agotarla con vapor en una columna contracorriente i i con charolas de fraccionamiento o material de empaque. El J paso de agotamiento a temperatura elevada vaporiza una j cantidad sustancial de la corriente de la fracción de fondo ' en comparación con el agotamiento simplemente de la |. i-fracción de residuos pesados a su punto de ebullición sin j calentamiento. El vapor de la parte alta de la fracción de j residuos pesados puede regresarse a la sección de j fraccionamiento por ejemplo en el fondo. La parte agotada j de la fracción de residuos pesados continúa siendo un ji líquido y se recolecta en el fondo de la torre de j agotamiento. Esta corriente tiene un punto de ebullición sustancialmente más alto que el petróleo crudo, no convertido, original y por lo tanto los HPNA se concentran en el líquido de residuos más pesados, el cual luego se puede retirar como una purga neta del hidrocraqueador.

La concentración más alta de HPNA en el líquido agotado permite la remoción de la cantidad deseada de HPNA a una velocidad de purga más baja en la corriente de purga neta. La velocidad de purga neta reducida da por resultado; una conversión total más alta en el hidrocraqueador junto con rendimientos incrementados de productos destilados valiosos.

La concentración de HPNA en la purga neta puede incrementarse aún más al reciclar una parte del líquido agotado de la fracción de residuos pesados a una entrada ¡ del agotador. La corriente reciclada se puede calentar por i medio del intercambio de calor con por ejemplo la fracción de residuos pesados para optimizar el consumo de calor del ! proceso. 1 Esta descripción proporciona un proceso simple para concentrar los compuestos HPNA en una porción de la corriente de petróleo crudo no convertido y minimizar en consecuencia el caudal de purga requerido. El caudal de purga requerido se reduce sustancialmente conduciendo a una conversión más alta y mejores rendimientos de productos finales.

La descripción utiliza pasos de proceso específicos para reducir la purga requerida de petróleo crudo no convertido del hidrocraqueador sustancialmente, * tal como por lo menos 25 por ciento y preferiblemente por; 50 por ciento o más. Esta reducción se realiza al retirar una fracción de fondo que comprende petróleo crudo no convertido en una primera corriente de purga de la sección de fraccionamiento, calentarla sustancialmente arriba de su punto de ebullición y luego agotarla con vapor en una columna contracorriente con charolas de fraccionamiento o ; material de empaque. El paso de agotamiento vaporiza una cantidad sustancial, tal como por lo menos 25 por ciento y 1 preferiblemente 50 por ciento o más de la corriente de la 1 fracción de fondo regresando este vapor de la parte alta al fondo de la sección de fraccionamiento. El resto de la ' corriente de la fracción de fondo permanece como un líquido ' agotado y se recolecta en el fondo de la torre de ' agotamiento. Este líquido tiene un punto de ebullición sustancialmente más alto que el petróleo crudo, no convertido, original y debido al punto de ebullición normal muy alto de los compuestos HPNA, la separación física ; concentra los HPNA en el líquido de residuos más pesados, el cual luego se retira como una purga neta del ¡ hidrocraqueador. La concentración más alta de HPNA en el líquido agotado permite la remoción de los HPNA requeridos en un caudal de purga más bajo. La velocidad de purga reducida da por resultado una conversión total más alta en! el hidrocraqueador junto con rendimientos incrementados de productos destilados valiosos. I Al proporcionar el agotamiento del petróleo crudo¡ no convertido en un paso de proceso separado, se obtienen múltiples efectos ventajosos. Se hace posible un control independiente de temperatura y flujo, el cual permite la optimización de las condiciones de agotamiento y se posibilita un flujo de contracorriente, el cual tiene una mejor eficiencia de agotamiento en comparación con el flujo de corriente paralela.

Se hace referencia a la Figura 1, la cual ilustra esquemáticamente los flujos de proceso y la configuración del equipo como se incorporan en esta invención.

Una materia prima nueva que consiste de una alimentación hidrocarbónica, tal como petróleo o gasóleos pesados sintéticos de origen mineral o biológico 1 se combina con un gas rico en hidrógeno 2 y una corriente de reciclado opcional de producto no convertido 16 y se alimenta a una zona de hidrocraqueo 3 que consiste de uno o más catalizadores contenidos en uno o más recipientes de reacción. Los catalizadores promueven la hidroconversión de la materia prima hidrocarbónica, la cual puede incluir la hidrogenación. a un efluente hidrocraqueado más ligero. El efluente de hidrocraqueo, que comprende productos de hidrocarburo junto con hidrógeno en exceso no consumido por' la reacción sale de la zona de hidrocraqueo 4 y entra a una1 zona de separación 5 que consiste de uno o más recipientes que realizan la separación en una primera porción de vapor y una primera porción líquida. La primera porción de vapor 6 de la zona de separación se puede combinar con hidrógeno de reposición 7 para reemplazar el hidrógeno consumido por la reacción. La corriente rica en hidrógeno luego se puede comprimir en el compresor 8 para el reciclado nuevamente a la zona de hidrocraqueo.

La primera porción líquida 9 del paso de separación pasa a un calentador de proceso 10 que abastece de energía para vaporizar sustancialmente el líquido 11 antes de alimentar la sección de fraccionamiento de producto 12. La sección de fraccionamiento consiste de una o más torres o columnas con múltiples etapas de equilibrio en la forma de charolas o material de empaque las cuales pueden ser operadas en un flujo en contracorriente. Las torres son agotadas normalmente con vapor o son hervidas de nuevo para facilitar la vaporización de los productos. La sección de fraccionamiento realiza la separación del producto individual y las fracciones intermedias 13, 14 tales como gasolina, combustible de aviación y combustible diesel de acuerdo con diferencias en sus puntos de ebullición normales. En la zona de fondo de la sección de fraccionamiento, la fracción de fondo más pesada, es decir, el petróleo crudo no convertido 15, se puede recolectar y se puede retirar como un producto de petróleo crudo no¡ convertido o se puede regresar al reactor en la línea 16 como una corriente de petróleo crudo de reciclado para la conversión adicional.

El objetivo de un proceso de hidrocraqueo es , convertir la totalidad o tanto como sea posible de los materiales más pesados y de peso molecular más alto en productos dando por resultado un rendimiento neto nulo o mínimo de petróleo crudo no convertido 15. Sin embargo, una primera purga de petróleo crudo no convertido o la fracción de residuos pesados 17 debe ser retirada del ! hidrocraqueador posiblemente en el control de flujo 18 con > I el propósito de evitar una acumulación de HPNA dentro del i sistema de reacción. En un sistema de agotamiento de la fracción de residuos pesados, la corriente de la fracción ¡ de residuos pesados para el agotamiento es enviada a un calentador, de proceso 19 de tal manera que la temperatura de esta corriente para el agotamiento 20 se eleva sustancialmente arriba del punto de ebullición de la corriente para el agotamiento y de la temperatura del fondo de la sección de fraccionamiento. Esta corriente calentada para el agotamiento luego es alimentada a la parte superior de una torre de agotamiento en contracorriente 21 que consiste de múltiples etapas de equilibrio en la forma de charolas o material de empaque. Se agrega vapor al fondo de¡ I la torre de agotamiento 22 para facilitar la vaporización! del petróleo . crudo no convertido. El vapor de la parte alta de la parte superior de la torre de agotamiento 23 es 1 enviado al fondo de la columna de fraccionamiento 12. La porción líquida agotada.de la corriente para el agotamiento la cual no es evaporada. en el agotador fluye al fondo de la torre y luego es retirada del hidrocraqueador como una purga neta de petróleo crudo no convertido 24.

Las condiciones de operación en el. sistema de agotamiento de la fracción de residuos pesados se establecen de tal manera que la purga neta del · petróleo crudo no convertido 24 del fondo del agotador sea sustancialmente menor que la fracción de residuos pesados, es decir el petróleo crudo no convertido 17 retirado de la corriente de la fracción de residuos pesados para el agotamiento, mientras que se retiran suficientemente los HPNA indeseados .

Se hace referencia a la Figura 2, la cual ilustra esquemáticamente los flujos de proceso y la configuración del equipo en detalle de una modalidad preferida, empleando los mismos números de referencia que en la Figura 1 para elementos similares en una función similar.

. La. Figura 2 muestra el esquema de flujo en la salida de la sección de fraccionamiento. Los primeros elementos del proceso corresponden a aquellos de la Figura! 1 como se describiera anteriormente .

Como se mencionó, el objetivo de un proceso de; hidrocraqueo es convertir la totalidad o tanto como sea posible de los materiales más pesados y de peso molecular; más alto en productos dando por resultado un rendimiento neto nulo o mínimo de petróleo crudo no convertido 15. Sin embargo, una primera purga de petróleo crudo no convertido o fracción de residuos pesados 17 debe ser retirada del hidrocraqueador posiblemente en el control de flujo 18 con el propósito de evitar una acumulación de HPNA dentro del sistema de reacción. En un sistema de agotamiento de la fracción de residuos pesados de acuerdo con la presente descripción, la corriente de la fracción de residuos pesados retirada se dirige como una corriente para el agotamiento y se puede enviar a un calentador de proceso 19 de tal manera que la temperatura de la corriente para el agotamiento 20 se eleva sustancialmente arriba del punto de ebullición de la corriente de la fracción de residuos pesados para el agotamiento y de la temperatura del fondo de la sección de fraccionamiento. Esta corriente calentada para el agotamiento luego es alimentada a la parte superior de una torre de agotamiento en contracorriente 21 que consiste de múltiples etapas de equilibrio en la forma de charolas o material de empaque. Se agrega vapor al fondo dei la torre de agotamiento 22 para facilitar la vaporización del petróleo crudo no convertido. El vapor de la parte alta de la parte superior de la torre de agotamiento 23· es< enviado al fondo de la sección de fraccionamiento 12. El líquido agotado de la corriente para el agotamiento el cual no es vaporizado en el agotador fluirá al fondo de la> torre. Una parte de este líquido agotado se retira del hidrocraqueador como una purga neta (una purga necesaria) de petróleo crudo no convertido 24 y otra parte 25 se recicla a una entrada de la torre de agotamiento 22, la cual puede ser ya sea la misma o diferente de la entrada a través de la cual se alimenta la corriente para el agotamiento de la sección de fraccionamiento. En la Figura 2, el líquido reciclado 27 se calienta por medio del intercambio de calor 26 con la fracción de residuos pesados 15 de la sección de fraccionamiento.

Las condiciones de operación en el sistema de agotamiento de la fracción de residuos pesados se establecen de tal manera que la purga neta del petróleo crudo no convertido 24 del fondo del agotador sea sustancialmente menor que la fracción de . residuos pesados, es decir el petróleo crudo no convertido 17 retirado de la corriente de la fracción de residuos pesados para el agotamiento, mientras que se retiran suficientemente los ???? indeseados .

En una modalidad alternativa de la invención ilustrada en la Figura 3, una porción 25 del líquido! agotado 24 se recicla y se alimenta a la parte superior del agotador 21 después de ser calentada por medio del; intercambio de calor con la corriente de la fracción de residuos pesados 24. El calentamiento de este líquido agotado, reciclado se requiere debido al descenso de temperatura causado por el contacto con el volumen grande de vapor de agotamiento. Se puede suministrar energía térmica sustancial al líquido agotado y petróleo crudo no convertido sin elevar de esta manera la temperatura! excesivamente arriba de la temperatura de alimentación al ¡ agotador. Esto tiene el beneficio de la reducción de la degradación térmica del petróleo crudo no convertido en i comparación con la alimentación de la fracción de residuos ! pesados al agotador a una temperatura más alta. Además, en la modalidad de la Figura 3, el vapor de la parte alta 23 se dirige a una posición corriente arriba de la sección de : fraccionamiento 12 y no directamente a la sección de fraccionamiento, lo cual puede requerir menos ] reconfiguración en el caso del mejoramiento de una unidad 1 existente, en comparación con las modalidades donde el : vapor de la parte alta se dirige directamente a la sección ; de fraccionamiento 12. \ i ¡ Bajo ciertas condiciones de proceso, puede ser benéfico evitar dirigir el líquido agotado, reciclado de alto punto de ebullición a un intercambiador de calor. Por, lo tanto, bajo estas condiciones de proceso, se puede preferir utilizar la modalidad de la Figura 4, en la cual! el calor de la fracción de residuos pesados 15 es recuperado por medio del intercambio de calor en el intercambiador de calor 30 con una línea de vapor 22, que proporciona vapor sobrecalentado 31 el cual es alimentado al agotador 21. Una cantidad suficiente de vapor de baja presión de 170 °C se puede calentar hasta un vapor sobrecalentado a 330 °C en esta situación, mientras que se í i reduce la temperatura de la fracción de residuos pesados · por solo aproximadamente 5°C.

Dependientes de la configuración del ; hidrotratador y la sección de fraccionamiento, existen , configuraciones alternativas de la torre de agotamiento.

En casos alternativos donde la sección de : fraccionamiento 12 es una columna de destilación al vacío o '< es un fraccionador principal con un rehervidor por ; combustión, de tal manera que no es operado con vapor, el I concentrador de HPNA no estará configurado para regresar i una salida de vapor al fraccionador. En estos casos, el ¡ concentrador de HPNA puede estar configurado con un : condensador para la condensación del vapor y los i ¡ hidrocarburos de la parte alta. El agua de la parte alta del vapor se puede reutilizar como agua de lavado y los hidrocarburos de la parte alta pueden ser alimentados al: fraccionador, a la corriente de reciclado o a una posición^ corriente arriba del fraccionador, tal como un tambor de; aumento de alimentación.

' En estas modalidades alternativas, la fracción de residuos pesados de la columna de fraccionamiento aún se puede utilizar, para precalentar la corriente líquida, agotada, reciclada.

Las condiciones de presión del agotador serían ; configuradas como corresponde, por ejemplo para operar bajo ! vacío o a baja presión si se requiere, al ser unido al i sistema de vacío y utilizando únicamente una pequeña i cantidad de vapor a baja presión para agotar el petróleo crudo no convertido.

En modalidades alternativas, también se pueden ': utilizar alternativas para el vapor como medio de agotamiento tales como metano u otros gases. : Los destinos alternativos adicionales del vapor de la parte alta del agotador pueden incluir cualquier posición corriente arriba de la sección de fraccionamiento ; incluyendo la entrada al calentador de proceso 10.

Para optimizar adicionalmente el rendimiento también es posible retirar los HPNA por medio de la j I adsorción en un lecho de carbón activado, u otro absorbente, como se da a conocer en la patente de losi Estados Unidos No. 4,447,315. Este lecho funcionará especialmente bien en el caso de una corriente de purga de < HPNA de alta concentración, puesto que el tamaño del lecho! puede ser más pequeño. La operación puede implicar poner en operación dos lechos paralelos alternos, de tal manera que ( un lecho puede' ser regenerado o reemplazado sin interrumpir ' la operación de la planta.

EJEMPLOS EJEMPLO 1 Con el propósito de someter a prueba la división potencial de los HPNA en la invención propuesta, una muestra de petróleo crudo no convertido, hidrocraqueado que se obtuvo de una planta de hidrocraqueo que opera comercialmente con las propiedades mostradas en la Tabla 1 : se destiló en un aparato ASTM D-1160. Puesto que este ¡ aparato no utiliza reflujo, genera una separación física con un traslape sustancial entre el producto de la parte ' alta y de fondo y corresponde adecuadamente a la separación ; de vapor/líquido en un agotador de vapor simple.

Propiedades de la Muestra de Petróleo Crudo no Convertido Peso Específico 0.844 Compuestos Aromáticos Poli-Nucleares Pesados Coroneno ppm en peso 394 1-MetilCoroneno ppm en peso 132 NafCoroneno ppm en peso 127 Ovaleno ppm en peso 91 HPNA Totales ppm en peso 744 Destilación Punto de Ebullición Inicial °C 342 10% °C 397 50% °C 451 90% °C 513 Punto de Ebullición Final °C 572 Se realizaron dos destilaciones de laboratorio utilizando el método y aparato de ASTM D-1160, la primera , produce una fracción de fondo de 50 por ciento en volumen i de la carga inicial y la segunda produce una fracción de ; fondo de únicamente 20 por ciento en volumen de la carga, ' para documentar cóomo los HPNA se dividirían en las ' fracciones de la parte alta y de fondo. Los resultados del análisis de HPNA y el análisis de destilación tanto en la fracción de fondo como las fracciones de vapor de la parte alta se resumen en la Tabla 2.

Propiedades de Fracciones Destiladas Estos resultados muestran . claramente que la destilación ASTM ha logrado una separación sustancial de ¡ los HPNA entre el destilado de la parte alta y la fracción de fondo. Esta es una consecuencia de la volatilidad muy baja de los compuestos HPNA. En un hidrocraqueador, es : necesario purgar suficientes HPNA del sistema para ; equilibrar la producción neta de HPNA por la reacción. En este ejemplo, el Caso I da por resultado un incremento de; la concentración de HPNA total por un factor de 744 ppm en peso a 1300 ppm en peso o 175 por ciento. El Caso II da por resultado un incremento de los HPNA totales por un factor de 744 ppm en peso a 2200 ppm en peso o 295 por ciento.

EJEMPLO 2 El desempeño de la invención se evaluó con base en un agotador de vapor bajo las condiciones mostradas en la Tabla 3 a continuación.

Tabla 3 Condiciones de Proceso para la Columna de Agotamiento de Vapor Charolas Teóricas 4 Velocidad de Vapor de Agotamiento (22) kg/hr 3243 Presión de la Parte Superior de la Columna barg 1.30 Presión del Fondo de la Columna barg 1.36 Se realizaron experimentos de proceso a dos diferentes temperaturas de alimentación del agotador, 350 °C y 380°C para ilustrar la división del vapor de la parte alta y los productos líquidos de los residuos. La molécula HPNA de coroneno también se incluyó en el experimento para mostrar como los equilibrios de vapor- líquido pronosticarían la distribución de la especie de HPNA más ligera. Los resultados basados en la temperatura de alimentación del agotador de 350 °C se presentan en la Tabla' 4 a continuación. A esta temperatura de alimentación, 50 por ciento en peso se destila en la parte alta y 50 por; ciento se recupera en el producto líquido de los residuos. El componente de coroneno ha sido concentrado en los [ residuos del agotador de 461 ppm en peso en la alimentación a 691 ppm en peso en los residuos que corresponden a 150 por ciento.

Velocidades y Propiedades de la Alimentación del Agotador y del Producto Descripción de la Corriente Corriente para Líquido Vapor de la el agotamiento agotado parte alta Corriente No. 20 24 23 Temperatura de la Corriente °C 350 209 312 Rendimiento (% de Alimentación) % en peso 100 50 50 Compuestos Aromáticos Poli- Nucleares Pesados Coroneno ppm en peso 461 691 231 Destilación IBP °C 300 340 282 10% °C 360 393 344 50% °C 427 447 407 90% °C 483 505 455 FBP °C 560 563 511 I Los resultados del agotador basados en una' temperatura de alimentación del agotador de 380 °C se presentan en la Tabla 5 a continuación. A esta temperatura1 de alimentación, 64 por ciento en peso se destila en la: parte alta y 36 por ciento se recupera en el producto: líquido de los residuos. El componente de coroneno ha sido concentrado en los residuos del agotador de 466 ppm en peso [ en la alimentación a 727 ppm en peso en los residuos que \ corresponde a 156 por ciento. La mayor parte de las moléculas HPNA de interés en el hidrocraqueador son de , hecho más pesadas y menos volátiles que el coroneno y se puede esperar que se concentren adicionalmente en la corriente de residuos del agotador.

Tabla 5 Velocidades y Propiedades de la Alimentación del Agotador y del Producto Descripción de la Corriente Corriente para Líquido Vapor de la ' el agotamiento agotado parte alta Corriente No. 20 24 23 Temperatura de la Corriente 380 195 325 Réndimiento (% de Alimentación) % en peso 100 36 64 Compuestos Aromáticos Poli- Nucleares Pesados Coroneno ppm en peso 466 727 319 Destilación IBP °C 300 346 288 10% °C 360 398 350 50% °c 427 454 414 90% °C 483 515 462 FBP °C 560 554 524 EJEMPLO 3 El desempeño de una modalidad basada en el reciclado de los residuos del agotador en la misma cantidad que la corriente de alimentación y el calentamiento a la misma temperatura de 350°C se muestra en la Tabla 6. Una comparación de la curva de destilación de la corriente de : purga neta 24 en la Tabla 4 y la Tabla 6 muestra que con el ' reciclado de una parte de la salida del agotador, la j cantidad de productos de alto punto de ebullición en la purga neta se incrementa, es decir, la temperatura del 10% ; de punto de ebullición más alto se incrementa de 505 °C a ; 527°C. A este grado más alto de concentración, se puede observar en la Tabla 6 que la concentración de coroneno en i el vapor de la parte alta 23 solo es ligeramente inferior que aquella de la fracción de residuos pesados 15, lo cual indica que una gran porción de este trazador de HPNA se ha volatilizado en la fracción de ¾apor de la parte alta. Sin \ embargo, . otros compuestos HPNA que son más pesados y de ' punto de ebullición más alto que el coroneno se concentrarían predominantemente en la fracción de residuos pesados y se purgarían del sistema.

Tabla 6 Velocidades y Propiedades de la Alimentación del Agotador y del Producto Configuración Alternativa de Reciclado de Residuos I Descripción de la Corriente Corriente para Reciclado Líquido Vapor de la el agotamiento del agotador agotado parte alta Corriente No. 20 27 24 23 Temperatura de la Corriente °C 350 350 254 326 Rendimiento (% de % en peso 100 100 20 80 i Alimentación) Compuestos Aromáticos Poli- Nucleares Pesados Coroneno ppm en peso 470 720 720 408 Destilación IBP °C 301 376 376 295 10% °C 361 415 415 355 50% °C 428 472 472 419 90% °C 484 527 527 465 FBP °C 527 554 554 488 Estos resultados demuestran que bajo condicionés razonables y prácticas de temperatura, presión y caudal, ía corriente de petróleo crudo no convertido puede ser dividida por el agotamiento de vapor puede dar por resultado la concentración de compuestos HPNA en unal corriente líquida de residuos. Esta concentración conducirá a velocidades disminuidas de la purga neta del hidrocraqueador y una conversión y rendimientos I incrementados correspondientes de los productos destilado ,s. i¡ i Un ejemplo del mejoramiento de conversión | comparando un caso con una purga neta igual a tres por j ciento en volumen de la alimentación hidrocarbónica a un j !¦ -i caso con una purga neta igual a 0.6 por ciento en volumen] i i de alimentación hidrocarbónica se muestra en la Tabla 7. ¡La j Diesel 29.61 30.27 Purga Neta de petróleo crudo no 3.0 0.60 Convertido Nafta + queroseno + diesel 107.45 109.84

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un proceso de hidrocraqueo caracterizado' porque comprende los pasos que consisten en: (a) combinar! una materia prima hidrocarbónica y una corriente de ¡ reciclado de la fracción de residuos pesados con un gas rico en hidrógeno para obtener una mezcla que comprende una materia prima hidrocarbónica e hidrógeno; (b) hidrocraquear catalíticamente la mezcla que comprende una materia prima hidrocarbónica e hidrógeno en una zona de hidrocraqueo para obtener un efluente hidrocraqueado ; (c) separar el efluente hidrocraqueado en una primera porción de vapor y una ' primera porción líquida en una zona de separación; (d) calentar la primera porción líquida para formar una primera porción líquida vaporizada; (e) alimentar la primera ¡ porción líquida vaporizada a una sección de fraccionamiento que produce fracciones de producto individuales que I incluyen una fracción de residuos pesados que comprende petróleo crudo no convertido en la zona de fondo de la ' sección de fraccionamiento; (f) retirar de la sección de ' fraccionamiento la fracción de residuos pesados; (g) dividir la fracción de residuos pesados en una corriente ¦ para el agotamiento y una corriente de reciclado de la fracción de residuos pesados; (h) calentar la corriente · para el agotamiento; (i) agotar la corriente para el agotamiento, con un medio de agotamiento, en una columna de agotamiento contracorriente para formar un vapor de la parte alta y un líquido agotado; (j) alimentar el vapor de la parte alta a la sección de fraccionamiento, a la corriente de reciclado de la fracción de residuos pesados o a una posición corriente arriba de la sección de fraccionamiento; y (k) remover por lo menos una parte del i líquido agotado de la columna de agotamiento ( contracorriente como una purga neta del petróleo crudo no convertido.

2. El proceso de conformidad con . la reivindicación 1, caracterizado porque la primera porción líquida vaporizada es vaporizada por lo menos 50%, preferiblemente es vaporizada 50%- 95%, aún más preferiblemente es vaporizada 75%- 95% y mucho más preferiblemente es vaporizada 75%- 90%.

3. El proceso de conformidad con la 1 reivindicación 1 o 2, caracterizado porque una parte del j líquido agotado se recicla, se combina con la corriente para el agotamiento y se dirige a una entrada de la columna de agotamiento contracorriente.

4. El proceso de conformidad con la ' reivindicación 3, caracterizado porque la porción reciclada : del líquido agotado y/o la corriente para el agotamiento se calienta por medio del intercambio de calor con la fracción de residuos pesados. '

5. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la corriente para el agotamiento se calienta antes del proceso de agotamiento para elevar su temperatura arriba de su punto de ebullición tal como arriba de 300°, preferiblemente arriba de 320 °C y más preferiblemente arriba de 330°C.

6. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se transfiere energía térmica de la fracción de residuos pesados al medio de agotamiento por medio del intercambio de calor.

7. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el medio de agotamiento es vapor preferiblemente vapor de presión media que tiene una presión entre 1 y 20 barg, más preferiblemente entre 3.5 y 10 barg y mucho más preferiblemente entre 3.5 y 6 barg.

8. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la columna de agotamiento contracorriente comprende múltiples etapas de equilibrio en la forma de charolas o material de empaque .

9. El proceso de conformidad con las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el caudal de la corriente para el agotamiento es controlado por unaj unidad de control de flujo de acuerdo con un caudal deseado j de la purga neta de petróleo crudo no convertido.

10. El proceso de conformidad con cualquiera dej las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la materia | i prima hidrocarbónica es hidrotratada antes del hidrocraqueo . !

11. El proceso de conformidad con cualquiera de J las reivindicaciones 2 a 10, caracterizado porque algo o la j totalidad de la energía para el calentamiento de la i corriente para el agotamiento es proporcionada por el ¡ intercambio de calor con una o más corrientes del proceso | de hidrocraqueo.

12. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el calentamiento de la corriente para el agotamiento se proporciona a partir de una o más fuentes de calor que se toman del grupo que consiste de un efluente del reactor, una fuente externa.de medio de calentamiento, vapor de alta presión, gas de escape caliente de un calentador por combustión y el calentamiento eléctrico.

13. El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la salida del medio de agotamiento de la unidad de agotamiento se agrega a la columna de fraccionamiento.

14. El proceso de conformidad con cualquiera dej las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque losj HPNA se extraen de la purga neta por medio de la adsorción i en un adsorbente . ! RESUMEN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un proceso de hidrocraqueo que comprende los pasos que consisten en: (a) combinar una materia prima hidrocarbónica y una corriente de reciclado de la fracción de residuos : pesados con un gas rico en hidrógeno para obtener una mezcla que comprende una materia prima hidrocarbónica hidrógeno; (b) hidrocraquear catalíticamente la mezcla que comprende una materia prima hidrocarbónica e hidrógeno en una zona de hidrocraqueo para obtener un efluente hidrocraqueado; (c) separar el efluente hidrocraqueado en una ' primera porción de vapor y una primera porción líquida en una zona de separación; (d) calentar la primera porción líquida para formar una primera porción líquida vaporizada; (e) alimentar la primera porción líquida ' vaporizada a una sección de fraccionamiento que produce : fracciones de producto individuales que incluyen una fracción de residuos pesados que comprende petróleo crudo ¡ no convertido en la zona de fondo de la sección de | fraccionamiento; (f) retirar de la sección de fraccionamiento la ' fracción de residuos pesados; (g) dividir la fracción de residuos pesados en: una corriente para el agotamiento y una corriente de reciclado de la fracción de residuos pesados; (h) agotar la corriente para el agotamiento, con un medio de agotamiento, en una columna de agotamiento contracorriente para formar un vapor de la parte alta y un líquido agotado; (i) alimentar el vapor de la parte alta a la sección de fraccionamiento, a una corriente de reciclado o a una posición corriente arriba de la sección de fraccionamiento; y (j) remover por lo menos una parte del líquido agotado de . la columna de agotamiento contracorriente como una purga neta del petróleo crudo no convertido.