MXPA05000949A - Composicion catalitica y el uso de la misma en la produccion de hidrocarburos de bajo peso molecular. - Google Patents

Abstract

La invencion se refiere a una composicion catalitica util para la desintegracion y reduccion de la viscosidad de hidrocarburos pesados; la composicion catalitica comprende cemento Portland, un componente de ceniza volcanica, dioxido de titanio y una sal de metal de transicion; opcionalmente, se anade una fuente de hidrogeno a la composicion catalitica.

Description

COMPOSICION CATALITICA Y EL USO DE LA MISMA EN LA PRODUCCION DE HIDROCARBUROS DE BAJO PESO MOLECULAR DATOS SOBRE PRIORIDAD Esta solicitud reclama la prioridad de la Solicitud Provisional de E.U.A. con el número de serie 60/398,089 presentada el 24,2002, incluida en la presente por referencia.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION CAMPO DE LA INVENCION Esta invención se refiere a un procedimiento para la descomposición catalítica (desintegración) seguida por la hidrogenación de hidrocarburos de alto peso molecular para producir productos hidrocarburos de peso molecular más bajo, tanto en aplicaciones superficiales y de sub-superficie a temperaturas y presiones ambiente sin emisiones de CO o C02.

Esta invención se refiere además a la separación de sólidos inorgánicos, arenas, arcillas, etc., de sustratos o mezclas compuestos de hidrocarburos o lodo derivado de una fuente, sub-superficie o superficie de origen de petróleo, o en forma de un desecho contaminado por petróleo.

Esta invención se refiere también a la desulfurización completa parcial mediante la reducción de las especies que contienen azufre. Esta invención se refiere también a la recuperación de suelos través de la remoción de contaminantes hidrocarburos.

DESCRIPCION DE LA TECNICA RELACIONADA/ANTERIOR El concepto generalmente aceptado del origen de petróleo y gas es que fueron generados de la degradación térmica de kerógeno, un material fosilizado en esquisto u otra piedra sedimentaria que produce petróleo cuando se calienta. Es la fuente más común de carbono en la corteza terrestre. Los factores principales que afectan la concentración del petróleo son la naturaleza química de kerógeno, temperatura, tiempo, composición mineral, estructura geológica residente, etc. La tecnología convencional para la desintegración e hidrogenación, tal como la desintegración catalítica de hidrocarburos, sirve para formar productos de más bajo peso molecular de mayor valor. Las reacciones de hidrodesintegración entre el sustrato hidrocarburo inicial y el agente catalítico pueden efectuarse en una serie de reactores de lecho o en una columna destiladora. Estas reacciones son endotérmicas y, como tales, requieren el calentamiento del reactor. Además, el hidrógeno se recicla a través del sistema para asegurar la saturación máxima de hidrocarburo para formar los productos hidrocarburos de peso molecular más bajo y eliminar el hidrógeno en exceso generado por la reacción catalítica. En estos sistemas, también se abren los anillos poliaromáticos y se hidrogenan los derivados. Se ha comprobado que es difícil o imposible recuperar cantidades sustanciales de petróleo en la tierra ya que se encuentran en forma de mezclas de hidrocarburos de alto peso molecular que se distribuyen y entremezclan en arenas de alquitrán, esquisto y diferentes formaciones de piedra. Además, los compuestos de hidrocarburos no pueden ser extraídos de una manera económica de pozos de petróleo "sobre-explotados" porque no están suficientemente concentrados para poder ser extraídos medíante la perforación, han perdido su presión de gas original y/o presentan una densidad y viscosidad relativamente altas en la ubicación determinada. Estos últimos compuestos no fluirán a menos que se aplique energía térmica al depósito de petróleo, por ejemplo, mediante vapor. Además, una vez extraído, estos materiales aún requieren energía térmica para continuar teniendo forma de liquido y es posible que se contaminen. Los desechos o materiales contaminados (v.g., suelo, roca, lodo, alquitranes de petróleo) que contienen hidrocarburos, crudos o refinados, no pueden extraerse de una manera económica de materiales contaminados de forma natural o por la mano del hombre. Estas son técnicas de producción mejoradas bien conocidas para obtener petróleo de pozos sobre-explotados o que presentan una producción inferior a su capacidad. La combustión ¡n siíu es una técnica utilizada para calentar materiales de petróleo crudo por debajo de la superficie de la tierra para reducir su viscosidad. Un agente oxidante, como el aire, se inyecta en el depósito de sub-superficie a temperaturas suficientemente altas para iniciar un proceso de combustión, o una bomba de fósforo o quemador de gas se descienden al interior del pozo. Los hidrocarburos de peso molecular más bajo generados se elevan entonces a la superficie del depósito. Existen desventajas de este procedimiento en el sentido de que las altas temperaturas necesarias para la combustión, en combinación con la presencia de oxígeno, producen reacciones secundarias de coquefacción y la formación de fenoles y cetonas que son difíciles de procesar a través de otras técnicas de refinación. Las técnicas de recuperación térmica de pozos que producen por debajo de su capacidad, pozos sobre-explotados y de petróleo pesado y depósitos de bitumen también pueden comprender la inyección de vapor. El propósito del vapor inyectado es calentar el depósito de hidrocarburos pesados, reduciendo así la viscosidad significativamente y logrando un nivel económicamente aceptable de recuperación del depósito de hidrocarburos. La desintegración hidrotérmica in situ y el tratamiento con vapor son alternativas a las técnicas de combustión. Algunas veces, en este procedimiento, un catalizador se suspende en el vapor y se hace circular en un depósito de sub-superficie. Este calor permite que ocurra la reacción endotérmica, originando que los hidrocarburos de peso molecular más bajo se eleven a la superficie del depósito de petróleo. Este procedimiento sólo puede utilizarse en formaciones que presentan grosores suficientes del terreno de recubrimiento para resistir la inyección de materiales a temperaturas elevadas y de alta presión. Las técnicas de inyección de agua también constituyen un método que se utiliza con frecuencia para mejorar la recuperación de petróleo de pozos de petróleo sobre-explotados o casi sobre-explotados, y se puede esperar que produzcan entre el 5 % y 50 % de los productos restantes de petróleo. El agua a inyectarse debe filtrarse primero para eliminar todas las partículas potencialmente reactivas. Después se bombea al pozo bajo presión, ya sea de un grupo de pozos de inyección estratégicamente ubicados o de pozos de inyección en la orilla del campo de petróleo. El agua rara vez circula de manera uniforme a través de los depósitos subterráneos. En la mayoría de los casos, el agua penetra los depósitos hasta originar un avance, creando un paso de menos resistencia al pozo de producción a lo largo del cual circulará el agua. El petróleo tiene una gravedad específica más baja que el agua y fluye en la superficie del agua. Tales inyecciones de agua son más eficaces en áreas en donde hay poca producción primaria. Las variaciones de esta técnica incluyen el tratamiento alcalino o cáustico que implica la adición de agentes básicos al agua, como el hidróxido sódico. El empuje con gas miscible para la recuperación de petróleo mejorada implica la inyección de un gas inerte, como el dióxido de carbono, nitrógeno o gas de petróleo licuado en el depósito. El gas se mezcla con los depósitos de petróleo, haciendo el petróleo menos viscoso, y fuerza el petróleo fluido hacia el pozo de producción. Algunas veces se emplea la alternancia entre el bombeo de gas y agua a través del pozo. El tratamiento con solventes o químicos comprende la inyección de un líquido con diferentes químicos en lotes (trozos) en un depósito. Una inyección con un polímero micelar incluirá un agente tensioactivo polimérico para limpiar los espacios de poros del depósito de los petróleos pesados presentes dentro de la formación de tierra. Otros solventes pueden utilizarse para mezclarse y reducir la viscosidad de los depósitos de petróleo. Los solventes de uso frecuente incluyen hidrocarburos aromáticos, disulfuro de carbono y tetrafluoruro de carbono que son capaces de disolver depósitos de petróleo bituminoso. Se han utilizado solventes a base de agua, tanto con agua calentada y no calentada, para esparcir los ingredientes activos en las formaciones de sub-superficie. Los solventes o químicos se bombean con frecuencia a través de tuberías junto con el petróleo tratado. Estas deben separarse, v.g., mediante la destilación para conservar tanto los solventes costosos y el petróleo tratado. La eliminación de este paso de refinado reduciría complicaciones y costos. Podrá ser relativamente difícil y económicamente no factible separar las mezclas de compuestos hidrocarburos de algunos de los materiales sólidos inorgánicos que se entremezclan de manera natural. La patente de E.U.A. No. 5,700,107 se refiere a un método para remediar la contaminación de suelo con contaminantes inorgánicos y orgánicos. El suelo es tratado con un agente aglutinante capaz de quelar los contaminantes y un agente que genera matrices para generar una matriz coloidal sólida de alumino-silicato. No se describe un método de desintegrar hidrocarburos de alto peso molecular como el bitumen y petróleos pesados con la composición catalítica constituida especialmente de la invención referida. La patente de E.U.A. No. 5,372,708 se refiere a un procedimiento para la explotación de petróleo de esquisto bituminoso. El procedimiento incluye el tratamiento de una mezcla de petróleo de esquisto bituminoso y porciones inorgánicas mediante su desintegración a una temperatura a la escala de 350 a 600 °C y una presión de 8 a 80 atmósferas. Como se indica con anterioridad, este procedimiento a temperaturas y presiones elevadas es excesivamente costoso mientras que la invención referida puede efectuarse a temperatura ambiente. Además, no describe la composición catalítica utilizada en la invención referida.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Esta invención se refiere a composiciones y métodos para la desintegración e hidrogenación de hidrocarburos de alto peso molecular para producir hidrocarburos de peso molecular más bajo a partir de sustratos que contienen hidrocarburos de peso molecular relativamente mayor. La hidrogenación se facilita por la presencia de agua y, opcionalmente, la adición de hidrocarburos aléanos y cicloalcanos refinados y no refinados (C5-C25). El tratamiento con la composición de la invención origina las características de peso molecular más bajo, como se puede demostrar tanto por el valor API aumentado (generalmente el valor API al menos se duplica) y la viscosidad reducida. Estos sustratos pueden tratarse en la superficie de la tierra o en depósitos de sub-superficie a temperaturas y presiones ambiente.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La composición catalítica de la presente invención es una composición inorgánica reactiva capaz de efectuar la desintegración e hidrogenación homogéneas de compuestos hidrocarburos de alto peso molecular en presencia de agua a temperatura y presión ambiente. La composición catalítica es una mezcla de compuestos orgánicos en agua. Las proporciones exactas de dicha composición catalítica varían dependiendo del hidrocarburo de alto peso molecular a ser tratado y los productos hidrocarburos de peso molecular más bajo deseados. Los componentes esenciales en partículas de la composición catalítica son S1O2, AI2O3, Fe2Ü3 y CaO. Las escalas típicas se muestran en el Cuadro 1 que se presenta a continuación. Todos los porcentajes en peso se basan en el peso total de estos componentes combinados en una mezcla de partículas.

CUADRO 1 Para formar la composición catalítica, todos los componentes en partículas deben triturarse primero a aproximadamente 3,000 Blaine o más fino. Blaine es una medida de finura del grano que consiste en la relación entre el área superficial de una partícula (en centímetros cuadrados) y el peso (en gramos). Después, estas partículas se mezclan a una proporción de aproximadamente uno a cinco, de preferencia dos a tres veces su peso en agua. Una primera reacción esencial ocurre cuando las partículas sólidas se añaden al agua. Esta reacción forma partículas coloidales reactivas con base en las superficies conectadas de arcillas, óxidos de metal, entidades zeolíticas y tamices moleculares. La mezcla se mezcla hasta que las partículas se hayan suspendido por completo en el agua. Alternativamente, la composición catalítica puede utilizar materiales compuestos para proveer los componentes esenciales. Por ejemplo, un componente de cemento y un componente de ceniza volcánica pueden proporcionar los componentes S¡02, Al203, Fe2C*3 y CaO. El Cuadro 2 que se presenta a continuación ilustra las escalas amplias y preferidas de estos compuestos.

CUADRO 2 El componente de cemento es, de preferencia, un cemento Pórtland. Los cementos Pórtland son mezclas de piedra caliza y arcilla que han sido triturados y tratados en un homo a entre 1400 y 1600 °C. Aproximadamente 24 % del cemento Pórtland en peso es silicato de calcio y aproximadamente 66 % en peso es CaO. Las impurezas pueden incluir hasta aproximadamente 3% en peso de alúmina, óxido férrico y magnesia. El componente de ceniza volcánica puede consistir en escoria, piedra pómez, toba, piedra toba, piedra volcánica máfica, piedra volcánica ultramáfica, roca piroclástica, cristales volcánicos, basalto o zeolitas a base de sílice. La escoria es el componente de ceniza volcánica preferido. La modalidad más preferida contiene escoria de British Columbia. La escoria es el material más común en conos volcánicos y está formada de partículas pequeñas (aproximadamente 1 cm de diámetro) de lava volcánica endurecida. La escoria de British Columbia consiste en aproximadamente 46% de S¡02, aproximadamente 18% de Fe2C>3, aproximadamente 8% de CaO y aproximadamente 2.4% de ???2. La escoria del sur de México consiste en aproximadamente 79% de Si02 y aproximadamente 6.6% de Fe203. La piedra pómez es una roca piroclástica ligeraendurecida de espuma de lava en un cristal poroso. La piedra toba es creada de pedazos de ceniza volcánica soldada mediante la litificación durante la erupción. La toba consiste en pedazos no soldados de ceniza volcánica. La roca máfica se define como roca ígnea que contiene cantidades sustanciales de silicatos, como piroxeno, anfibola, olivina y mica. La roca ultramáfica es una roca volcánica con una composición ultrabásica y más de 90% compuesto de minerales de Fe-Mg, predominantemente olivina, ortopiroxeno y clinopiroxeno. La roca piroclástica es roca formada ya sea por una explosión volcánica o una expulsión aérea de un respiradero volcánico. Los cristales volcánicos se denominan obsidiana y consisten en partículas de sílice fundidas por el calor intenso de un volcán. El basalto es una roca máfica, ígnea compuesta de plagioclasa. Diferentes variedades de basalto se distinguen en su grado de saturación de sílice. Las zeolitas son una familia de minerales de alumino-silicato que pueden ocurrir en la naturaleza o producirse de manera sintética. Las zeolitas de British Columbia consisten típicamente en aproximadamente 89% de S1O2, 0.8% de Fe2<-)3 y aproximadamente 1 % de CaO. Cualquier sal de metal de transición con un estado de oxidación de +2 ó +3 servirá en la composición catalítica. Los compuestos preferidos incluyen cloruro férrico, cloruro ferroso, cloruro cúprico cloruro de cobalto. El cloruro férrico es el más preferido. Sin incluir los óxidos de metal específicos que se enumeran con anterioridad, el óxido de metal de mayor preferencia es el dióxido de titanio (???2). En la modalidad más preferida, el dióxido de titanio representa aproximadamente 2% en peso del peso total de la composición catalítica. El óxido de boro (B2O3) también puede ser reemplazado y utilizado en lugar de y en conjunto con Ti02. Los componentes que no sean el cemento Pórtland varían dependiendo del sustrato de alto peso molecular a ser tratado. Esta individualización puede efectuarse fácilmente mediante el análisis de pequeñas muestras del sustrato con diferentes composiciones catalíticas apara determinar los componentes más eficaces y las proporciones relativas de los componentes. Ejemplos particulares se proporcionan a continuación. Los componentes sólidos pueden representar 2 - 10% en peso de la composición catalítica y comprenden, de preferencia, 5 - 10% en peso. A pesar de que los materiales específicos se enumeran en la presente con sus nombres comunes, se comprenderá que otras combinaciones formadas de varios minerales y compuestos pueden utilizarse también. Opcionalmente, los aléanos y cicloalcanos refinados y no refinados, tales como nafta o combustible diesel, de la escala de C5 a C25, se emplean con frecuencia para facilitar e intensificar el procedimiento de hidrogenación. Este componente de hidrocarburo refinado o no refinado se incorpora para servir como donador de hidrógeno. El agua incluida también servirá como una fuente de hidrógeno. Típicamente, combustible diesel o nafta se mezcla con el sustrato de hidrocarburo de alto peso molecular antes de que se añade la suspensión coloidal acuosa. El componente de hidrocarburo refinado o no refinado pueden consistir en cualquier alcano o cicloalcano de C5 a C25 o combinaciones de los mismos y puede estar en la escala de 0 a 50% en peso del total de la composición catalítica agregada. El nafta o condensado es el hidrocarburo refinado de mayor preferencia. La composición catalítica para la carga del petróleo crudo puede variar de una relación de 2:1 a 4:1. La relación de carga preferida es 3:1. Después de una mezcla vigorosa de la composición catalítica en agua con los compuestos hidrocarburos de alto peso molecular y, opcionalmente, con un hidrocarburo refinado a temperaturas y presiones ambiente, ocurre una reacción rápida, casi Instantánea, de desintegración e hidrogenación para producir un proporcionar un producto compuesto de hidrocarburos de peso molecular más bajo. Los hidrocarburos de peso molecular más bajo flotan en la superficie del coloide a base de agua en una capa separada. Las impurezas a base de azufre y metálicas forman precipitados sólidos, inertes durante la reacción con la composición catalítica después de la mezcla. El proceso termina muy rápidamente, a menudo después de unos minutos después de la adición completa de la composición catalítica sin emisiones de CO2 o CO. Los términos hidrocarburo de alto peso molecular y hidrocarburo de bajo peso molecular se utilizan en la presente son términos relativos entre sí. El término hidrocarburo de alto peso molecular se refiere a una mezcla de hidrocarburos y sus impurezas incorporadas con un peso molecular promedio de los hidrocarburos superior al peso molecular promedio de los hidrocarburos en un hidrocarburo de bajo peso molecular. Por lo tanto, el uso de los términos "hidrocarburo de alto peso molecular" y "hidrocarburo de bajo peso molecular" no se refiere a ninguna escala de peso molecular en particular. Los hidrocarburos de alto peso molecular son, típicamente, materiales como petróleos crudos, asfáltenos, alquitranes, petróleos pesados y similares que se utilizan de manera limitada o nunca en la práctica, pero que pueden ser convertidos en hidrocarburos de peso molecular más bajo más valiosos y útiles a través de medios químicos. Los petróleos medios tienen fracciones de resinas o polares de menos de aproximadamente 25% del peso del petróleo total y una gravedad API de 20 a 30 con viscosidades a la escala de aproximadamente 100 a 1 ,000 centipoise; los petróleos pesados tienen fracciones de resinas o polares entre aproximadamente 25 y 40% del peso total del petróleo y una gravedad API de 10 a 20 con viscosidades a la escala de aproximadamente 100 a 10,000 centipoise; los alquitranes tienen fracciones de resinas o polares de más de aproximadamente 40% del peso total del petróleo y una gravedad API de menos de aproximadamente 8 a 10 y una viscosidad superior a aproximadamente 8,000 centipoise. Los hidrocarburos de peso molecular más bajo pueden incluir gases de Ci a C4, v.g., gas metano, propano, natural. El procedimiento de la invención origina también una reducción de la densidad y viscosidad y un valor de gravedad API aumentado en la mezcla de hidrocarburos tratada. En el procedimiento de la invención, cualquier fracción sólida en el hidrocarburo de alto peso molecular de partida (suelos, sedimentos, mezclas de roca, arenas, etc.) precipitará al fondo de la mezcla acuosa. Un porcentaje significativo de impurezas de iones de metal pesado en hidrocarburo de alto peso molecular de partida se sujetará o ligará a la fracción sólida en el precipitado. El producto hidrocarburo de bajo peso molecular flotará a la superficie del agua, permitiendo una fácil extracción de los productos. 1. Aplicación en la sub-superficie Para el tratamiento de un hidrocarburo de alto peso molecular por debajo de la superficie de la tierra, los sólidos en la composición catalítica de la invención se mezclan inicialmente con agua o con una mezcla de agua /hidrocarburo refinado. Esta mezcla se inyecta entonces en un depósito o la formación de la roca fuente de un pozo de petróleo o gas. Esta formación geológica que contiene petróleo asociada con un determinado pozo de petróleo y/o gas puede considerarse "muerta" o de produciendo por debajo de su capacidad y continuará siendo un candidato para el tratamiento de la invención. La composición catalítica reducirá la densidad del petróleo, aumentará la gravedad API y disminuirá la viscosidad de cualquier depósito de petróleo contactado. Esto aumentará el valor del petróleo por barril. El precio típico de barril de petróleo pesado, con un API de menos de 16, es de aproximadamente $ 8 a aproximadamente $ 10. Con la adición de aproximadamente $ 1.50 a $ 2.00 de química por barril, el valor del mismo petróleo aumentará a aproximadamente $ 15 a aproximadamente $ 18 por barril. En el contexto de un proyecto de fractura y/o estimulación en el pozo en cuestión, la composición puede ser inyectada bajo presión. La composición catalítica elegida se dirige a la formación reservorio asociada con la formación que produce petróleo o gas que se ha considerado tener el volumen más grande de petróleo y gas. La composición catalítica reacciona con los silicatos en la formación geológica, así como hidrocarburos de alto peso molecular presentes en la región de la fractura/estimulación. Las reacciones químicas entre la composición catalítica y los hidrocarburos generan gases de Ci a C4, más notablemente metano y butano, y estos gases de hidrocarburo de viscosidad relativamente menor ser difunden entonces en la masa de hidrocarburo rodeante. Esta reacción química in situ penetrante estimula la formación de líquido y gases de hidrocarburo de un peso molecular menor deseable con la densidad y viscosidad reducida. Otra aplicación en la sub-superficie de la presente invención puede ocurrir a poca profundidad en ambientes de producción de petróleo pesado en donde el método de la recuperación de hidrocarburo utiliza la inyección de agua y un sistema de circulación de presión a través de la formación que contiene petróleo. La composición catalítica puede añadirse al agua circulante para originar reacciones de desintegración e hidrogenación en los petróleos pesados, reduciendo así la viscosidad mediante la generación de gases de Ci a C4 e hidrocarburos de peso molecular más bajo con una menor densidad y viscosidad. Esto produce un índice aumentado de recuperación de hidrocarburos deseables del pozo tratado. Asimismo, la calidad del petróleo recuperado es mejor. La adición de la composición catalítica al vapor que se está inyectando en los hidrocarburos tratados también es posible. La presente invención permitirá que el petróleo sea recuperado más rápidamente que con la tecnología convencional, utilizando así menos vapor, energía y tiempo para el procedimiento de mejora y recuperación. La calidad global del petróleo en términos de una reducción de viscosidad y el valor API sería mejorada mediante la aplicación de estas tecnologías de producción mejoradas. Los petróleos tratados con viscosidades y densidades más bajas pueden aumentar el valor y la eficacia de petróleos pesados que debe ser transportados a los oleoductos. 2. Aplicación en la superficie El procedimiento de la invención puede utilizarse para mejorar el material o sustratos de hidrocarburo de alto peso molecular en la superficie de la tierra. Por ejemplo, se puede utilizar en el tratamiento o "mejoramiento" de arenas de alquitrán o el petróleo pesado. El hidrocarburo es tratado en una instalación de almacenamiento y mezcla. La composición catalítica se mezcla con el sustrato de material hidrocarburo de alto peso molecular material. El combustible diesel o condensado o un hidrocarburo refinado o no refinado similar se agrega a la mezcla como una fuente de hidrógeno complementaria para las reacciones de desintegración. El mejoramiento consiste en el tratamiento o fraccionamiento químico de bitumen o petróleos pesados para aumentar su valor al reducir la densidad y viscosidad, generando asi y sustituto de petróleo crudo de mayor calidad. Los objetivos específicos del mejoramiento son el aumento del porcentaje de las fracciones saturadas y aromáticas, la reducción de las fracciones insolubles polares y de pentano, la disminución de la viscosidad, el incremento de la gravedad API y la reducción del peso molecular global de hidrocarburo. La gravedad API es un término para relacionar las densidades específicas relativas de productos de petróleo desarrollado por el Instituto Estadounidense del Petróleo. Para convertir entre gravedad API y gravedad específica, debe aplicarse la siguiente fórmula: API a gravedad específica: SG = 141.51 (131.5 + °API). Mediante la reducción de la densidad, el aumento de la gravedad API y la disminución de la viscosidad, el petróleo pesado o las arenas de alquitrán necesitarían ninguna o una adición reducida de condensado para permitir que el petróleo sea bombeado a través de los ductos. Por ejemplo, existe un oleoducto que mueve 778,000 barriles de petróleo pesado por día de Alberta a E.U.A. Además del petróleo, se agregan 300,000 barriles de condensado para que pueda ser bombeado. El valor del petróleo asciende actualmente a $12 por barril. Si la gravedad API fuera entre 20 y 23, entonces no habría la necesidad de condensado. El valor del petróleo tratado estaría ahora en $ 16 - $ 18 por barril y el operador podría bombear 1 ,000,000 barriles de petróleo por día. El abastecimiento del condensado es tan escaso que el condensado se destila actualmente del petróleo en E.U.A. y se bombea diario de regreso a Alberta. Para las aplicaciones en superficies de la presente invención, la reacción de la invención puede efectuarse a temperaturas y presión ambiente, es decir, a aproximadamente temperatura ambiente que se define como aproximadamente 20 a 25 °C (aproximadamente 68 a 77 °F). La presión ambiente es de aproximadamente 1 atmósfera (aproximadamente 760 Torr). 3. Desulfurización y eliminación de sulfuro de hidrógeno El sulfuro de hidrógeno pueden generarse en grandes cantidades mediante la desintegración térmica a partir de kerógeno y de compuestos de contienen azufre líquido presentes en petróleos crudos. El contenido de azufre de petróleo crudo disminuye generalmente con la profundidad, posiblemente debido a la desintegración y eliminación de azufre como H2S. El contenido total de azufre en el petróleo crudo, petróleo pesado, bitúmenes y alquitranes varía de 0.04% a 8%. Por lo general, los petróleos con altas densidades y bajas gravedades API tendrán contenidos mayores de azufre. Una parte del hidrógeno generado de reacciones catalíticas superficiales entre la composición catalítica y agua y con la fuente de hidrógeno refinado o no refinado convertirán los heteroátomos de azufre en las fracciones polares (resina) y asfalteno en H2S. A través de una serie de reacciones de oxidación, la composición catalítica convierte H2S en CaS04. El azufre libre, si está presente, también puede reaccionar con los hidrocarburos para producir H2S. La reducción de sulfato, si está presente en los sedimentos, y la oxidación relacionada de hidrocarburos también puede ocurrir más allá de 150 °C, originando la generación de H2S y CO2. Los siguientes ejemplos ilustran las modalidades de la invención, pero no pretenden ser limitativos: EJEMPLO 1 Muestras de petróleo crudo (aproximadamente 200 a 250 gramos cada una) se tomaron directamente del pozo en los campos de petróleo Lloydminister, Lloydmínister, Alberta, Canadá (gravedad API 16 a 18) y campos de petróleo Peace River, Peace River, Alberta, Canadá (gravedad API 8 a 10). Cada una de las muestras fue colocada en una vasija de dos litros y un peso equivalente de agua, calentada a 100°C, fue añadida para facilitar la mezcla con la composición catalítica. Se permitió que las muestras se enfriaran a temperatura ambiente (16 °C) después del tratamiento. Las vasijas tuvieron tapas roscadas herméticas al gas con diafragmas de hule insertadas en un orificio que ha había sido perforado en las tapas para permitir que se removieran las muestras de gas de espacio de cabeza para el análisis. Sin embargo, la composición de la invención, en forma de polvo, se agregó a cada una de las muestras en cantidades de 5 y 10% en peso a peso de petróleo. La composición contenía 48% de cemento Pórtland, 42% de cristales volcánicos - escoria roja, 8% de cloruro férrico y 2% de dióxido de titanio, todos los porcentajes basados en el peso total de la composición. El siguiente cuadro muestra el porcentaje en peso del cemento Pórtland y el componente de ceniza volcánicas en la composición catalítica.

CUADRO 3 Las muestras se agitaron entonces con una vara de metal durante 1.5 a 2 minutos y después se cerraron las tapas herméticamente. Una serie separada de muestras de control de cada petróleo crudo, sin la composición catalítica añadida, se dejó reposar por cuatro días a temperaturas y presión ambiente. Posteriormente, los gases de espacio de cabeza fueron analizados mediante cromatografía de gases para cada muestra. Se encontraron cantidades significativas de gases de hidrocarburo en el gas de espacio de cabeza de las muestras de Lloydminister, excepto las de control en las que sólo había presente una mezcla de agua y petróleo. Específicamente, en comparación con la muestra de control, el gas de espacio de cabeza tratado incluía 41 veces más metano, 23 veces más etano, 14 veces más propano, 10 veces más isobuteno y 71 veces más butano. La velocidad de la reacción es muy rápida y von respecto a las muestras de Peace River, los gases de hidrocarburo fueron generados muy rápidamente y perdidos antes de que la tapa podría colocarse en la vasija, o no fueron generados por alguna razón. La composición de los gases de espacio de cabeza fue determinada mediante cromatografía de gases. Pruebas adicionales con petróleo crudo del campo Lloydminister mostraron que los gases de hidrocarburo se generaron rápidamente y el análisis indicó que 2 a 3 % del total del carbono inicial fue convertido en gases de hidrocarburo de Ci a C4, con metano representando la mayor cantidad. No se encontraron gases de hidrocarburo en los gases de espacio de cabeza de las muestras tratadas de Peace River. El análisis de las fracciones insolubles saturadas, aromáticas, polares y de pentano (SAPA) del petróleo pesado tratado y no tratado mostró cambios significativos en las muestras de petróleo crudo pesado de Lloydminister. Los aumentos de 9% y 8 % en las fracciones saturadas y aromáticas, respectivamente, y las disminuciones de 19% y 1 % en las fracciones insolubles polares y de pentano, respectivamente, representan mejoras significativas en la calidad de esa muestra de petróleo pesado. Hubo una temperatura de destilación de 2% más baja en el espectro de masa de la fracción saturada para el petróleo pesado no tratado de Lloydminister en relación con la fracción saturada del petróleo no tratado.

Esto significa que la fracción saturada tratada fue una fracción de peso molecular relativamente más bajo que la fracción saturada no tratada.

EJEMPLO 2 Muestras de bitumen Syncrude se prepararon para demostrar la eficacia de diferentes modalidades de la presente invención. Tres muestras líquidas de bitumen Syncrude se mezclaron con 35 - 50% en peso de nafta. Para dos muestras, la composición catalítica se preparó agregando la composición inorgánica a agua caliente de la llave y mezclando con una vara agitadora de metal el coloide resultante con la muestra de petróleo crudo. A la tercera muestra no se agregó la composición catalítica; ésta sirve como control. La composición catalítica denominada "Mezcla 1" consistió en 45% en peso de cemento Pórtland, 45 % en peso de escoria volcánica de British Columbia, 2 % en peso de dióxido de titanio y 8% en peso de cloruro férrico. La "Mezcla 2" consistió en 45% de cemento Pórtland, 45% de zeolita clinoptilolita de British Columbia, 2% de dióxido de titanio y 8% de cloruro férrico. El siguiente cuadro muestra el porcentaje en peso del cemento Pórtland y los componentes de ceniza volcánica en las composiciones catalíticas Mezcla 1 y Mezcla 2.

CUADRO 4 100 gramos de nafta se añadieron a 300 gramos de agua caliente de la llave y 10 gramos de las composiciones catalíticas que se describen con anterioridad, para aquellas que reciben la composición. El tratamiento de la invención para cada muestra de petróleo fue agregado y mezclado vigorosamente durante aproximadamente 30 segundos. La reacción se completó casi al instante. El líquido en la vasija se separó en tres capas; el petróleo tratado en la parte superior, una capa de agua en el centro y un precipitado de material inorgánico en el fondo. La generación de gas ocurrió lentamente a través de un poco de burbujeo e incluso fue demostrado brevemente en la muestra sin la composición catalítica. Cuando se abrieron los recipientes de reacción, se efectuaron mediciones para determinar el cambio en la viscosidad de cada muestra y se realizaron los análisis SAPA (saturados, aromáticos, polares o resinas, insolubles de pentano o asfáltenos).

El cuadro 5 a continuación utiliza estas características para demostrar las propiedades de cada muestra.

CUADRO 5 Después de 24 horas, se analizaron los gases del espacio de cabeza generados en cada muestra. Los análisis de gas de las muestras Mezcla 1 y Mezcla 2 de demostraron los mismos compuestos y concentraciones relativas como aquellos que se encontraron en la muestra de control no tratada. Sin embargo, el nivel de CO2 fue de 91% menos en las muestras tratadas que en la muestra no tratada. Es posible que los gases de hidrocarburo generados por el procedimiento de la invención se reabsorbieron en la masa de hidrocarburo tratada.

EJEMPLO 3 Las muestras de petróleo pesado de los campos de petróleo Lloydminister se prepararon para demostrar la eficacia de diferentes modalidades de la presente invención. Esta muestra tuvo una fracción polar inicialmente alta, de 38.7%. Las fracciones polares ejercen un efecto dramático en la viscosidad y densidad de una muestra de petróleo. Se analizaron dos muestras líquidas de 200 gramos de bitumen de petróleo con una gravedad API inicial de 9.9. El procedimiento para la adición y composición de la composición catalítica utilizada en este ejemplo es el mismo que aquel que se describe en la Mezcla 1 del Ejemplo 2 anterior. La composición catalítica específica consistió en 45 % en peso de cemento Pórtland, 45 % en peso de escoria volcánica de British Columbia, 2% en peso de dióxido de titanio y 8% en peso de cloruro férrico. El combustible diesel y la composición catalítica se agregaron a la Muestra 1. Después de 1 hora, la gravedad API de la Muestra 1 había alcanzado 22.1 y, después de 24 horas, fue de 27.3. La Muestra 2, a la que no se había añadido combustible, alcanzó una gravedad API de 14.9 a una hora después de la adición de la composición catalítica, y una gravedad API de 17.5 24 horas más tarde. Después de 24 horas de reacción, los recipientes de reacción se abrieron y se efectuaron mediciones para determinar el cambio en la viscosidad de cada muestra y se realizaron análisis SAPA (saturados, aromáticos, polares o resinas, ¡nsolubles de pentano o asfáltenos). El Cuadro 6 a continuación utiliza estas características para demostrar las propiedades de cada muestra.

CUADRO 6 Muestra de Saturados Aromáticos Polares o Insolubles de API petróleo resinas pentano - asfáltenos Petróleo no 17 25 22.0 19 9.9 tratado Muestra 1 21 25 22.0 14 27.3 % de cambio + 24 % 0 0 - 26 % 176 % Muestra 2 20 26 18 17 17.5 % de cambio + 18 % + 4 % - 18 % - 11 % 77 %

Claims (3)

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1 - Una composición catalítica que comprende una mezcla de agua y los productos de reacción de partículas de los siguientes componentes: dióxido de silicona, óxido de aluminio, óxido férrico, óxido de calcio, dióxido de titanio u óxido de boro, y una sal de metal de transición, en donde las partículas tienen un tamaño de partícula de 3,000 Blaine o más fino.

2. - Una composición para el mejoramiento de una composición de hidrocarburo de alto peso molecular para formar un producto hidrocarburo de peso molecular más bajo que comprende una composición catalítica acuosa de conformidad con la reivindicadón 1 y un hidrocarburo de alto peso molecular. 3. - La composidón de conformidad con las reivindicadones 1 y 2, caracterizada además porque los porcentajes en peso son los siguientes: (i) aproximadamente 15 a 35 % en peso de dióxido de silicona, (ii) aproximadamente 1 a 6 % en peso de óxido de aluminio, (iii) aproximadamente 5 a 20 % en peso de óxido férrico, (iv) aproximadamente 10 a 30 % en peso de óxido de calcio, (v) por lo menos aproximadamente 2 % en peso de dióxido de titanio u óxido de boro y (vi) por lo menos aproximadamente 8 % en peso de una sal de metal de transición, en donde dicho porcentaje en peso se basa en el peso total de los componentes (i) - (vi), y hasta 50 % en peso de hidrocarburo, con base en el peso total de la mezcla, está presente. 4. - La composición de conformidad con las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada además porque la composición contiene aproximadamente 30 a 50 % en peso de cemento Pórtland y el componente (ii) es de aproximadamente 30 a 50 % en peso de ceniza volcánica. 5. - La composición de conformidad con las reivindicaciones 2 a 4, caracterizada además porque la relación de peso entre el hidrocarburo de alto peso molecular y la composición catalítica es de 2:1 a 4:1. 6.- La composición de conformidad con las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada además porque la sal de metal de transición se selecciona del grupo de haluros férricos, haluros cúpricos, haluros de cobalto y haluros ferrosos. 7. - La composición catalítica de conformidad con las reivindicaciones 4 y 5, caracterizada además porque la ceniza volcánica es escoria que contiene basalto opctonalmente; la sal de metal de transición es cloruro férrico y por lo menos 2 % en peso de dióxido de titanio está presente. 8. - La composición catalítica de conformidad con las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada además porque el hidrocarburo es un alcano saturado de C5 a C25 9. - La composición catalítica de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada además porque el alcano saturado es combustible diesel o ñaña. 10. - Un método para preparar una composición catalítica que comprende: (a) mezclar partículas con un tamaño de partícula de 3,000 Blaine o más fino de dióxido de silicona, óxido de aluminio, óxido férrico, óxido de calcio, dióxido de titanio u óxido de boro, y una sal de metal de transición; (b) combinar la mezcla de (a) con agua y un hidrocarburo. 11. - Un método para desintegrar una composición de hidrocarburo de alto peso molecular para formar un producto de hidrocarburo de peso molecular más bajo que comprende: (a) contactar una composición catalítica que comprende una mezcla de agua, opcionalmente un alcano saturado de C5 a C25 y los productos de reacción de partículas de los siguientes componentes: dióxido de silicona, óxido de aluminio, óxido férrico, óxido de calcio, dióxido de titanio u óxido de boro, y una sal de metal de transición, en donde las partículas tienen un tamaño de partícula de 3,000 Blaine o más fino con un hidrocarburo de alto peso molecular; (b) generar hidrógeno en dicha mezcla a partir del agua y opcionalmente del alcano saturado de C5 a C25 presente en dicha mezcla, hidrogenando y desintegrando así dicho hidrocarburo de alto peso molecular y (c) recuperar el producto hidrocarburo de peso molecular más bajo formado en el paso (b), dicho producto de peso molecular más bajo tiene un valor API promedio superior al valor API de la composición de hidrocarburo de alto peso molecular. 12. - El método de conformidad con las reivindicaciones 10 y 11 , caracterizado además porque los porcentajes de peso de los componentes de la composición catalítica son los siguientes: (a) mezclar las siguientes partículas sólidas: (i) aproximadamente 15 a 35 % en peso de dióxido de silicona, (ii) aproximadamente 1 a 6 % en peso de óxido de aluminio, (iii) aproximadamente 5 a 20 % en peso de óxido férrico, (iv) aproximadamente 10 a 30 % en peso de óxido de calcio, (v) por lo menos aproximadamente 2 % en peso de dióxido de titanio u óxido de boro y (vi) por lo menos aproximadamente 8 % en peso de una sal de metal de transición, en donde dicho porcentaje en peso se basa en el peso total de los componentes (i) -(vi), y la mezcla con agua contiene aproximadamente 2 a 10 % en peso de componentes sólidos y hasta 50 % en peso de un hidrocarburo, con base en el peso total de la mezcla. 1

3 - El método de conformidad con las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado además porque la composición catalítica contiene aproximadamente 30 a 50 % en peso de cemento Pórtland y aproximadamente 30 a 50 % en peso de ceniza volcánica. 14.- El método de conformidad con las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado además porque la sal de metal de transición se selecciona del grupo de haluros férricos, haluros cúpricos, haluros de cobalto y haluros ferrosos. 15.- El método de conformidad con las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado además porque el hidrocarburo es un atcano saturado de C5 a C25. 16. - El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque el alcano saturado es combustible diesel o nafta. 17. - El método de conformidad con las reivindicaciones 11 a 16, caracterizado además porque dicho producto hidrocarburo de alto peso molecular se selecciona del grupo de bitúmenes, asfáltenos, petróleos y alquitranes. 18. - El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque la ceniza volcánica es escoria, basalto, roca piroclástica, toba, piedra toba, cristal volcánico, piedra pómez, roca máfica, roca ultramáfica o zeolitas a base de silicato. 19. - El método de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque el paso (a) se realiza a temperatura y presión ambiente.