ES2568004T3

ES2568004T3 - Proceso en lecho en ebullición para materia prima que contiene hidrógeno disuelto

Info

Publication number: ES2568004T3
Application number: ES12744152.5T
Authority: ES
Inventors: Omer Refa Koseoglu
Original assignee: Saudi Arabian Oil Co
Current assignee: Saudi Arabian Oil Co
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2032-07-24
Also published as: KR20140064791A; US20150191663A1; US8940155B2; DK3020788T3; JP2014521774A; JP6046136B2; EP2737023A1; JP2017052951A; EP3020788B1; CN103857771B; JP6336538B2; WO2013019464A1; PL2737023T3; KR101885409B1; EP3147342B1; DK2737023T3; ES2650872T3; EP3020788A1; EP2737023B1; US20130026068A1

Abstract

Un proceso para la conversión de una materia prima de hidrocarburo líquido en compuestos hidrocarbonados de menor peso molecular en un reactor de hidroprocesamiento catalítico de lecho en ebullición, en el que el reactor de lecho en ebullición incluye un conducto de recirculación interna de flujo descendente en comunicación fluida con la región esencialmente libre de catalizador por encima del lecho catalítico para la recepción de hidrocarburos más pesados que los productos recuperados; comprendiendo el proceso: mezclar la materia prima de hidrocarburo líquido con un exceso de hidrógeno gaseoso en una zona de mezcla para disolver una parte del hidrógeno gaseoso en la materia prima de hidrocarburo líquido para producir una materia prima de hidrocarburo líquido enriquecido en hidrógeno; transportar la materia prima de hidrocarburo líquido enriquecido en hidrógeno y el hidrógeno no disuelto a una zona de vaporización instantánea en la que al menos una parte del hidrógeno gaseoso disuelto se somete a vaporización instantánea; hacer pasar la materia prima de hidrocarburo líquido enriquecido en hidrógeno de la zona de vaporización instantánea a la entrada de alimentación del reactor de lecho en ebullición para la reacción que incluye la conversión de la materia prima en hidrocarburos de menor peso molecular; recuperar productos de hidrocarburos convertidos de menor peso molecular de una región esencialmente libre de catalizador del reactor de lecho en ebullición; hacer pasar los hidrocarburos desde el conducto de recirculación interna de flujo descendente en la parte inferior del reactor de lecho en ebullición a una zona de separación y recirculación externa que incluye un recipiente de separación externa o de vaporización instantánea en comunicación fluida con el conducto de recirculación interna de flujo descendente y una salida en comunicación fluida con una bomba de ebullición de recirculación para el paso de la parte inferior del recipiente de separación o de vaporización instantánea a la entrada del reactor de lecho en ebullición; en el que una parte de una corriente superior que contiene gases ligeros e hidrógeno se recupera de la zona de separación y recirculación externa y se recircula al recipiente de separación externa o de vaporización instantánea; hacer pasar la parte inferior del recipiente de separación externa o de vaporización instantánea del que se han retirado el hidrógeno y los gases ligeros hacia la bomba de ebullición de recirculación; y hacer pasar la parte inferior del recipiente de separación o de vaporización instantánea desde la bomba de ebullición de recirculación a la entrada del reactor de lecho en ebullición.

Description

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DESCRIPCION

Proceso en lecho en ebullicion para materia prima que contiene hidrogeno disuelto Antecedentes de la invencion Campo de la invencion

Esta invencion se refiere a procesos para la conversion de una materia prima lfquida en compuestos hidrocarbonados de bajo peso molecular en un reactor de hidroprocesamiento de lecho en ebullicion.

Descripcion de la tecnica relacionada

Los objetivos comunes de las operaciones de hidrocraqueo o hidroprocesamiento son eliminar impurezas tales como el azufre, nitrogeno y/o metales, en particular en materias primas de residuos, y el craqueo de la alimentacion pesada en hidrocarburos de menor peso molecular que tengan bajos puntos de ebullicion para obtener combustibles de transporte tales como la gasolina y el diesel. Las reacciones que se producen en las operaciones de hidrocraqueo/hidroprocesamiento incluyen hidrodesulfuracion (HDS), la reduccion de residuos de carbono (CRR), la eliminacion de nitrogeno (HDN), y el craqueo.

En una refinena, es deseable minimizar el tiempo de inactividad para la sustitucion o regeneracion de catalizador. Ademas, la econoirna del proceso en general requiere un sistema versatil capaz de manejar corrientes de alimentacion con diferentes niveles de contaminantes tales como azufre, nitrogeno, metales y/o compuestos organometalicos, tales como las que se encuentran en un gasoleos de vado, aceites desasfaltados y residuos.

Hay tres tipos comunes de reactores usados en la industria del refinado: de lecho fijo, en ebullicion, y movil. La decision de usar un tipo particular de reactor se basa en una serie de criterios, incluyendo las caractensticas de la materia prima, el porcentaje de conversion deseado, la flexibilidad, la longitud de recorrido, y la calidad del producto requerida.

Los procesos de hidroprocesamiento especializados en los que se anade hidrogeno a una corriente de alimentacion de un reactor de hidroprocesamiento se ensenan en la solicitud de patente de Estados Unidos n.° 2006/0144756 A1, en la que se afirma que la disolucion de hidrogeno de una materia prima en un reactor de hidroprocesamiento permite la sustitucion de los reactores de lecho de goteo tradicionales por reactores tubulares mas pequenos.

El reactor de lecho en ebullicion se desarrollo para superar los problemas de taponamiento asociados habitualmente a los reactores de lecho fijo durante el procesamiento de materias primas relativamente pesadas y a medida que aumentan los requisitos de conversion, por ejemplo, para el residuo de vado. En un reactor de lecho en ebullicion, el catalizador se encuentra en un lecho expandido, contrarrestando de ese modo problemas de taponamiento asociados a reactores de lecho fijo. La naturaleza fluidizada del catalizador en un reactor de lecho en ebullicion tambien permite la sustitucion del catalizador en lmea de una pequena parte del lecho. Esto da como resultado una alta actividad neta del lecho que no vana con el tiempo.

Las tecnologfas de lecho fijo presentan problemas considerables en el tratamiento de cargas particularmente pesadas que contienen una cantidad de heteroatomos, metales y asfaltenos relativamente alta, ya que estos contaminantes provocan la rapida desactivacion del catalizador y el taponamiento del reactor. Se pueden usar varios reactores de lecho fijo conectados en serie para lograr una conversion relativamente alta de materias primas pesadas que hierven por encima 370 °C, pero dichos disenos requieren una gran inversion de capital y, para ciertas materias primas, son poco practicos a nivel comercial, por ejemplo, la sustitucion del catalizador cada 3-4 meses.

Por lo tanto, para el tratamiento de estas cargas pesadas, se han desarrollado y se encuentran en funcionamiento en todo el mundo reactores de lecho en ebullicion. Estos reactores tienen numerosas ventajas en cuanto al rendimiento y la eficiencia, en particular con crudos pesados. Los primeros procesos y sistemas de lecho en ebullicion fueron descritos por Johanson en las patentes de Estados Unidos 2.987.465 y 3.197.288. La patente de Estados Unidos n.° 6.270.654 B1 describe un proceso para el hidroprocesamiento de un lecho en ebullicion que usa un reactor con un conducto interno de flujo descendente y una unidad de separacion de fases para la corriente de producto.

En general, un reactor de lecho en ebullicion incluye las corrientes de lfquidos, solidos y gases que fluyen de forma concurrente a traves de un recipiente cilmdrico orientado verticalmente que contiene el catalizador. El catalizador se pone en movimiento en el lfquido y tiene un volumen bruto dispersado a traves del medio lfquido que es mayor que el volumen de la masa de catalizador en estado estacionario. Los reactores de lecho en ebullicion se incorporan en diversas operaciones de refinena, incluidos los procesos para la mejora de hidrocarburos lfquidos pesados y la conversion de carbon en aceites sinteticos.

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Normalmente, una fase de hidrocarburo ftquido y una fase de hidrogeno gaseoso se pasan ascendentemente a traves del lecho de partfculas de catalizador a una velocidad tal que las partfculas son forzadas a moverse a medida que los fluidos pasan ascendentemente a traves del lecho. El nivel de expansion del lecho catalftico esta determinado, al menos en parte, por el caudal del ftquido de recirculacion mas bajo, que esta controlado por una bomba del lecho en ebullicion. Durante el funcionamiento en estado estable (es decir, el estado del lecho en ebullicion), la mayor parte del catalizador no sube por encima de un cierto nivel en el reactor que se predetermina durante el diseno del reactor. Este nivel se establece para evitar que las partfculas de catalizador abandonen el reactor o para interferir con el funcionamiento eficiente de los ciclones que estan instalados en el interior del reactor para separar partfculas arrastradas de catalizador procedentes de la mezcla de gas-ftquido. Al principio se puede cargar mas catalizador en el reactor debido a la falta de acumulacion de gas y la viscosidad del ftquido. Estos criterios de diseno se encuentran dentro de la experiencia rutinaria en la tecnica. Una parte sustancial de los vapores y ftquidos del producto pasan a traves del nivel superior de las partfculas de catalizador en una zona esencialmente libre de catalizador y se eliminan en la proximidad de la parte superior del reactor.

Cantidades importantes de hidrogeno gaseoso y vapores de hidrocarburos ligeros suben a traves de la zona de reaccion en la zona libre de catalizador. El ftquido se recircula a la parte inferior del reactor y se extrae del reactor como producto neto de esta zona libre de catalizador. Una parte determinada del vapor se separa de la corriente de recirculacion de ftquido antes de pasarse a traves del conducto de recirculacion extrafdo mediante la succion de la bomba de ebullicion. Sin embargo, los gases o vapores presentes en la corriente de recirculacion de la parte inferior disminuyen materialmente la capacidad de la bomba de recirculacion. La presencia de vapores tambien reduce el tiempo de residencia del ftquido en el reactor y la presion parcial ftmite de hidrogeno.

Ciertos reactores empleados en el proceso de hidrocraqueo catalftico con un lecho en ebullicion de partfculas de catalizador estan disenados con un conducto de recirculacion vertical central que sirve como conducto de flujo descendente, o tubo de bajada, para la recirculacion de ftquido desde la zona libre de catalizador por encima del lecho catalftico en ebullicion para la succion de una bomba de recirculacion para recircular el ftquido a traves de la zona de reaccion catalftica.

La Fig. 1 ilustra esquematicamente un sistema y un aparato 100 de la tecnica anterior en el que el ftquido se recircula internamente con un conducto de recirculacion de flujo descendente. El aparato 100 incluye un reactor de lecho en ebullicion 160 y una bomba de ebullicion 164. El reactor de lecho en ebullicion 160 incluye una entrada 130 para recibir una mezcla de hidrogeno gaseoso y la materia prima y una salida 166 para la descarga del efluente producto. La bomba de ebullicion 164 esta en comunicacion fluida con el reactor de lecho en ebullicion 160 e incluye una entrada 162 para recibir el efluente recirculado procedente del reactor de lecho en ebullicion 160 y una salida 163 para la descarga del efluente recirculado a una mayor presion.

En la puesta en practica del sistema 100, se introduce una mezcla de hidrogeno gaseoso y materia prima en el reactor de lecho en ebullicion 160 a traves de la entrada 130 para la reaccion que incluye la conversion de la materia prima en hidrocarburos de menor peso molecular. El efluente ftquido de reaccion fluye continuamente hacia abajo en el conducto de flujo descendente situado en el interior del reactor de lecho en ebullicion 160, y se recircula de nuevo al reactor de lecho en ebullicion 160 a presion elevada mediante una bomba de ebullicion 164. El efluente producto se recupera a traves de la salida 166.

Como alternativa, el ftquido reciclado se puede obtener de un separador de vapor situado corriente abajo del reactor o se puede obtener de una corriente inferior del separador atmosferico. La recirculacion de ftquido sirve para bullir y estabilizar el lecho catalftico, y mantener la uniformidad de la temperatura en todo el reactor.

La Fig. 2 ilustra esquematicamente un sistema y un aparato 200 con un sistema de recirculacion externa que incluye un reactor de lecho en ebullicion 260, una bomba de ebullicion 264 y un separador de alta presion 280. El reactor de lecho en ebullicion 260 incluye una entrada 230 para introducir una mezcla de hidrogeno gaseoso y materia prima y una salida 266 para la descarga de efluentes producto. El separador de alta presion 280 incluye una entrada en comunicacion fluida con la salida 266 para la recepcion de efluente producto, una salida 282 para descargar una corriente de producto gaseoso y una salida 284 para descargar una corriente de ftquido. La bomba de ebullicion 264 incluye una entrada 262 en comunicacion fluida con la salida del separador de alta presion para recibir al menos una parte de la corriente de ftquido, y una salida 263 para la descarga de la corriente de recirculacion a presion elevada.

En la puesta en practica del sistema 200, se introduce una mezcla de hidrogeno gaseoso y materia prima en el reactor de lecho en ebullicion 260 a traves de la entrada 230 para la reaccion que incluye la conversion de la materia prima en hidrocarburos de menor peso molecular. El efluente de reaccion se transporta al separador de alta presion 280 para obtener una corriente de gas 282 y una corriente de ftquido 284. Al menos una parte de la corriente de ftquido 284 se recircula como corriente 288 hacia el reactor de lecho en ebullicion 260 a traves de la bomba de ebullicion 264. La parte restante de la corriente 284 se puede recuperar como corriente de producto 286 o se somete a otros procesos de refinado.

La expansion del lecho catalftico es un factor importante en el reactor de lecho en ebullicion. En el proceso, la expansion del lecho esta controlada por la velocidad de la bomba de recirculacion. Ciertos sistemas incluyen un

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lecho caracterizado por una serie de detectores del nivel del lecho y uno o mas detectores adicionales para determinar un nivel anormalmente alto del lecho (interfaz). El nivel de la interfaz se detecta, por ejemplo, con un detector de densidad que incluye una fuente de radiacion en un punto interior dentro del reactor y/o una fuente de deteccion en la pared del reactor.

Aunque generalmente se usan los procesos del lecho en ebullicion para la conversion de materias primas de residuos de vado mas pesados, tambien se pueden usar para limpiar o tratar una materia prima de gasoleo de vado de menor punto de ebullicion. Las ventajas de los procesos de lecho en ebullicion incluyen la calidad del producto y la uniformidad del caudal, un menor tiempo de inactividad y una menor inversion de capital.

El volumen y la relacion entre longitud y diametro son conocidos por ser factores en el diseno del reactor de lecho en ebullicion que afectan a la carga del catalizador. Para un reactor de volumen determinado, cuanto mayor sea la relacion entre longitud y diametro, mas catalizador se podra introducir en el reactor.

Las tasas de acumulacion de gases y lfquidos son caractensticas importantes del proceso que contribuyen al rendimiento del sistema. Unas tasas de acumulacion de gas elevadas provocan una disminucion en el tiempo de permanencia del lfquido, lo que disminuye el rendimiento del proceso. La tasa de acumulacion de gas en un reactor de lecho en ebullicion puede ser de hasta el 40 %.

Aunque hay numerosos tipos de disenos de reactores de lecho en ebullicion, existen problemas a la hora de proporcionar un proceso de un reactor de lecho en ebullicion mas eficiente y eficaz y lograr un mejor rendimiento del reactor que elimine o minimice la acumulacion del gas en el sistema de recirculacion y su efecto adverso sobre el bomba de recirculacion.

Sumario de la invencion

El proceso de acuerdo con la reivindicacion 1 de la presente invencion aborda los problemas anteriores y proporciona otras ventajas. Se reduce al mmimo el problema de la acumulacion de gas de los reactores de lecho en ebullicion tfpicos de diseno tradicional.

La invencion se refiere a un proceso para la conversion de una materia prima de hidrocarburos lfquidos segun la reivindicacion 1.

El proceso de la invencion resuelve los problemas relacionados con la acumulacion de gas y aquellos asociados a la menor eficacia de la bomba de recirculacion debido a la presencia de gas en la corriente de recirculacion que se encuentran normalmente en los reactores de lecho en ebullicion de hidroprocesamiento de la tecnica anterior.

Breve descripcion de los dibujos

La invencion se describira a continuacion con mas detalle y con referencia a los dibujos adjuntos en los que los elementos iguales o similares se designaran con el mismo numero, y en los que:

La Fig. 1 es un diagrama esquematico de un reactor de lecho en ebullicion convencional de la tecnica anterior con recirculacion interna;

La Fig. 2 es un diagrama esquematico de un reactor de lecho en ebullicion convencional de la tecnica anterior con recirculacion externa;

Las Figs. 3A, 3B (no de acuerdo con la invencion) y la Fig. 3C son diagramas esquematicos de procesos de lecho en ebullicion con recirculacion interna y un sistema de recirculacion directa (Fig. 3A), un sistema combinado de adicion de hidrogeno como recirculacion y como materia prima (Fig. 3B) y un sistema de adicion de hidrogeno como materia prima combinado con un sistema de separacion por recirculacion (Fig. 3C); y

Las Figs. 4A-4C (no de acuerdo con la invencion) son diagramas esquematicos de procesos de lecho en ebullicion con recirculacion externa y un sistema de recirculacion directa (Fig. 4A), un sistema combinado de adicion de hidrogeno como recirculacion y como materia prima (Fig. 4B) y un sistema de adicion de hidrogeno como materia prima combinado con un sistema de separacion por recirculacion (Fig. 4C).

Descripcion detallada de la invencion

De acuerdo con el proceso de la invencion, una parte sustancial del hidrogeno gaseoso requerido para las reacciones de hidroprocesamiento/hidrocraqueo se disuelve en la materia prima lfquida. Se usa un aparato distribuidor de hidrogeno para el tratamiento de la materia prima aguas arriba del reactor de lecho en ebullicion para disolver al menos una parte sustancial del hidrogeno gaseoso de reaccion requerido en la materia prima lfquida para producir una corriente combinada de materia prima/hidrogeno como afluente del reactor de lecho en ebullicion.

En la puesta en practica del proceso de la invencion, la acumulacion de gas en el reactor de lecho en ebullicion es inferior al 40 % en volumen del volumen total de lfquido que pasa a traves del reactor, y preferentemente inferior al 10 % en volumen, y mas preferentemente inferior al 1 % en volumen del volumen lfquido.

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Tambien en la puesta en practica del proceso de la invencion, la corriente de recirculacion de lecho en ebullicion contiene menos del 10% en volumen de vapores, preferentemente menos del 1,0% en volumen, y mas preferentemente menos del 0,1 % en volumen de vapores.

Las Figs. 3A, 3B (no de acuerdo con la invencion) y la Fig. 3C representan el aparato reactor de lecho en ebullicion de tipo recirculacion interna adaptado para recibir una carga 320 que incluye al menos una parte sustancial del hidrogeno necesario en solucion con la materia prima.

El aparato para el proceso generalmente incluye un distribuidor de hidrogeno 314, un recipiente de vaporizacion instantanea 322, un recipiente reactor de lecho en ebullicion 360, y una o mas bombas 364a, 364b y 364c.

Una corriente de alimentacion 310 se mezcla con un exceso de hidrogeno gaseoso 312 en un recipiente distribuidor 314 para disolver una cantidad deseada de hidrogeno en el ftquido y producir una materia prima de hidrocarburo ftquido enriquecido en hidrogeno. La corriente de hidrogeno gaseoso 312 incluye hidrogeno fresco 316 e hidrogeno recirculado 318.

En ciertas realizaciones, se usa una columna como recipiente distribuidor de hidrogeno en el que se inyecta hidrogeno gaseoso en una o mas ubicaciones, al menos uno de los cuales es hacia la parte inferior de la columna. La materia prima ftquida se puede introducir desde la parte inferior o superior de la columna. El hidrogeno gaseoso se inyecta a traves de distribuidores de hidrogeno hacia la columna para la mezcla mtima y promover la saturacion de la materia prima con hidrogeno disuelto.

La corriente combinada 320, que incluye materia prima enriquecida en hidrogeno y exceso de hidrogeno gaseoso, se transporta a la zona de vaporizacion instantanea 322 en la que el exceso de hidrogeno y otros gases (por ejemplo, fracciones de materia prima ligera) se vaporizan instantaneamente como corriente 324. Una parte de la corriente 324 se recircula como corriente 318 con la materia prima de hidrogeno fresco 316. La parte restante de los gases de vaporizacion instantanea se descarga del sistema en forma de corriente de purga 326, que se puede distribuir o recoger para otras aplicaciones de refinena y/o petroqmmicas (no mostrado).

La corriente de alimentacion hidrocarbonada enriquecida en hidrogeno 330 que contiene el hidrogeno disuelto se introduce en un reactor de lecho en ebullicion 360 para las reacciones de hidroprocesamiento. La corriente de producto de efluentes del reactor 366 se descarga del reactor de lecho en ebullicion y se introduce en uno o mas recipientes de separacion (no mostrados) para la recuperacion del producto.

Como alternativa, la corriente de producto 366 se puede transportar a uno o mas sistemas reactores de lecho en ebullicion aguas abajo, que pueden incluir una o mas de las operaciones unitarias asociadas descritas en el presente documento, por ejemplo, un recipiente de vaporizacion instantanea aguas arriba, un recipiente de vaporizacion instantanea aguas abajo, y/o uno o mas aparatos distribuidores de hidrogeno adicionales.

Las realizaciones de las Figs. 3A y 3B, no de acuerdo con la invencion, y la realizacion de la Fig. 3C se pueden implementar de forma individual o en diversas combinaciones con el sistema de adicion de hidrogeno como materia prima. En la Fig. 3A se representa un proceso de lecho en ebullicion con un sistema de recirculacion directa. En la Fig. 3B se representa un proceso de lecho en ebullicion con un sistema combinado de adicion de hidrogeno como recirculacion y como materia prima. En la Fig. 3C se representa un proceso de lecho en ebullicion con un sistema de adicion de hidrogeno como materia prima combinado con un sistema de separacion por recirculacion.

En particular, en referencia a la Fig. 3A, que representa una realizacion no de acuerdo con la invencion, la materia prima de hidrocarburo enriquecido con hidrogeno 330 del recipiente de vaporizacion instantanea 322 se carga en el reactor de lecho en ebullicion 360. En el reactor de lecho en ebullicion tipo recirculacion interna, el efluente de recirculacion ftquido 362a se aspira a traves del conducto descendente en comunicacion fluida con la zona libre de catalizador por encima del lecho catalftico mediante la fuerza de extraccion de una bomba de ebullicion 364a. La corriente de recirculacion 363a procedente de la bomba de ebullicion 364a se devuelve al lecho catalftico, con la presion del fluido que provoca la expansion del lecho catalftico.

En referencia a la Fig. 3B, que representa una realizacion no de acuerdo con la invencion, el efluente de recirculacion interna 362b se pasa al distribuidor de hidrogeno gaseoso 314 y se combina con la corriente de alimentacion 310 para la saturacion de hidrogeno. La corriente saturada de hidrogeno combinada 330 se transporta al reactor de lecho en ebullicion con la presion del fluido conferida por la bomba del lecho en ebullicion 364b que provoca la expansion del lecho catalftico.

En referencia a la Fig. 3C, la materia prima de hidrocarburo enriquecido con hidrogeno 330 del recipiente de vaporizacion instantanea 322 se cargo en el reactor de lecho en ebullicion 360. El efluente de recirculacion interna 362c se pasa a traves de un recipiente separador 370 con la incorporacion de hidrogeno opcional por medio de la corriente 378. El separador de la parte inferior 374 se pasa a traves de una bomba de ebullicion 364c y se devuelve una corriente de recirculacion 363c al reactor de lecho en ebullicion 360. La presion del fluido conferida a la corriente de recirculacion 363c por la bomba de ebullicion 364c provoca la expansion del lecho catalftico. Una parte de

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separador superior 372 que incluye hidrogeno de recirculacion y gases ligeros se purga del sistema, y una parte 376 se recircula y se mezcla con efluente de recirculacion 362c junto con hidrogeno de reposicion opcional por medio de la corriente 378.

En otra realizacion no de acuerdo con las invenciones descritas en las Figs. 4A-4C, reactores de lecho en ebullicion de tipo recirculacion externa estan adaptados para recibir una carga 420 que incluye al menos una parte sustancial del hidrogeno necesario en solucion con la materia prima.

El aparato para el proceso generalmente incluye un distribuidor de hidrogeno 414, un recipiente de vaporizacion instantanea 422, un recipiente de reactor de lecho en ebullicion 460, un recipiente de separacion de recirculacion 480, y una o mas bombas de ebullicion 464a, 464b y 464c.

Una corriente de alimentacion 410 se mezcla con el hidrogeno gaseoso 412 en un recipiente distribuidor 414 para disolver una cantidad adecuada de hidrogeno en la mezcla de lfquido y producir una materia prima de hidrocarburo lfquido enriquecido en hidrogeno. La corriente de hidrogeno gaseoso 412 incluye hidrogeno fresco 416 e hidrogeno recirculado 418.

En ciertas realizaciones, se usa una columna como recipiente distribuidor de hidrogeno, en la que se inyecta hidrogeno gaseoso en uno o mas sitios, por lo menos uno de ellos hacia la parte inferior de la columna. La materia prima lfquida se puede introducir desde la parte inferior o superior de la columna. El hidrogeno gaseoso se inyecta a traves de distribuidores de hidrogeno en la columna para su mezcla adecuada para promover la formacion de una materia prima que contiene hidrogeno disuelto.

La corriente combinada 420, que incluye materia prima enriquecida en hidrogeno y exceso de hidrogeno gaseoso, se transporta a la zona de vaporizacion instantanea 422 en la que el exceso de hidrogeno y otros gases, por ejemplo, las fracciones de materia prima ligera, se vaporizan instantaneamente como corriente 424. Una parte de la corriente 424 se recircula como corriente 418 con la materia prima de hidrogeno fresco 416. La parte restante de los gases sometidos a vaporizacion instantanea se descarga del sistema como corriente de purga 426, que se puede distribuir o recoger para otras aplicaciones de refinena y/o petroqmmicas (no mostrado).

La corriente de alimentacion hidrocarbonada enriquecida en hidrogeno 430 que contiene una cantidad adecuada de hidrogeno disuelto se introduce en el reactor de lecho en ebullicion 460 para reacciones de hidroprocesamiento.

La corriente del producto efluente del reactor del lecho en ebullicion 466 se envfa a un recipiente de separacion de recirculacion 480 para la vaporizacion instantanea de la corriente de productos de gas 482 y recuperar una corriente de productos de lfquido 484, una parte de la cual se recircula. Una parte de la corriente de productos de lfquido 486 se extrae del proceso y se pasa a uno o mas recipientes de separacion (no mostrados) para la recuperacion del producto. Como alternativa, la corriente de producto 486 se puede transportar a uno o mas sistemas reactores de lecho en ebullicion aguas abajo, que pueden incluir una o mas de las operaciones unitarias asociadas mostradas en el presente documento, por ejemplo, un recipiente de vaporizacion instantanea aguas arriba, un recipiente de vaporizacion instantanea aguas abajo, y/o uno o mas aparatos distribuidores de hidrogeno adicionales.

Las diversas realizaciones no de acuerdo con la invencion de las Figs. 4A, 4B y 4C se pueden implementar de forma individual o en diversas combinaciones con el sistema de adicion de hidrogeno como materia prima. En la Fig. 4A se representa un proceso de lecho en ebullicion con un sistema de recirculacion directa. En la Fig. 4B se representa un proceso de lecho en ebullicion con un sistema combinado de adicion de hidrogeno como recirculacion y como materia prima. En la Fig. 4C se representa un proceso de lecho en ebullicion con un sistema de adicion de hidrogeno como materia prima combinado con un sistema de separacion por recirculacion.

En particular, en referencia a la Fig. 4A, se cargo materia prima hidrocarbonada enriquecida en hidrogeno 430 procedente del recipiente de vaporizacion instantanea 422 en el reactor de lecho en ebullicion 460. En el reactor de lecho en ebullicion de tipo recirculacion externa, la corriente de efluente 466 se separa en una fraccion de producto 482 y una fraccion de lfquido 484 en el recipiente de separacion de recirculacion 480. Una parte 488a de la corriente de productos lfquidos 484 sirve como corriente de recirculacion externa 463a que se carga en la parte inferior del recipiente del reactor 460 a traves de una bomba de ebullicion 464a, con la presion del fluido que provoca la expansion del lecho catalttico.

En referencia a la Fig. 4B, se cargo materia prima hidrocarbonada enriquecida en hidrogeno 430 procedente del recipiente de vaporizacion instantanea 422 en el reactor de lecho en ebullicion 460. El efluente de recirculacion externo 478b se pasa al distribuidor de hidrogeno gaseoso 414 y se combina con la corriente de alimentacion 410 para la saturacion de hidrogeno. La corriente saturada de hidrogeno combinada 430 se transporta al reactor de lecho en ebullicion con la presion del fluido conferida por la bomba de ebullicion 464b que provoca la expansion del lecho catalttico.

En referencia a la Fig. 4C, se cargo materia prima de hidrocarburo enriquecido con hidrogeno 430 procedente del recipiente de vaporizacion instantanea 422 en el reactor de lecho en ebullicion 460. El efluente de recirculacion

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externo 488c se pasa a traves de un recipiente separador 470 con la incorporacion de hidrogeno opcional por medio de la corriente 478. La parte inferior del separador 474 se pasa a traves de una bomba de ebullicion 464c y se devuelve una corriente de recirculacion 463c al reactor de lecho en ebullicion 460. La presion del fluido conferida a la corriente de recirculacion 463c por la bomba de ebullicion 464c provoca la expansion del lecho catalftico. Una parte de la zona superior del separador 472 que incluye hidrogeno de recirculacion y gases ligeros se purga del sistema, y una parte 476 se recircula y se mezcla con el efluente de recirculacion 488c junto con hidrogeno de reposicion opcional por medio de la corriente 478.

En general, las condiciones operativas para el reactor de lecho en ebullicion incluyen una temperature en el intervalo de 350 °C a 500 °C, en ciertas realizaciones de 400 °C a 450 °C; una presion en el intervalo de 50 a 300 kg/cm2 (4,929,4 MPa), en ciertas realizaciones de 100 a 250 kg/cm2 (9,8-24,5 MPa) y en otras realizaciones de 150 a 200 kg/cm2 (14,7-19,6 MPa); y una relacion de recirculacion a materia prima en el intervalo de 1:1 a 40:1, en ciertas realizaciones de 1:1 a 20:1.

Para la saturacion de la materia prima, se usa un caudal de hidrogeno de hasta aproximadamente 10.000 pies cubicos normales por barril (SCFB) (1780 m3/m3) de alimentacion, en ciertas realizaciones de 500 a 10.000 SCFB (89 a 1780 m3/m3), y en otras realizaciones de 1500 a 5000 SCFB (267 a 890 m3/m3), el caudal que se determina por la naturaleza y las caractensticas de la materia prima.

Segun el proceso de la invencion, mediante el uso de una materia prima hidrocarbonada enriquecida en hidrogeno que contiene al menos una parte sustancial del hidrogeno necesario para las reacciones de hidroprocesamiento (en ciertas realizaciones una alimentacion combinada esencialmente de una sola fase y corriente de hidrogeno) como alimentacion a traves del reactor de lecho catalftico en ebullicion, se alivian los problemas asociados al aparato de bomba de ebullicion relacionados con el exceso de gas en la recirculacion.

El funcionamiento del reactor de lecho en ebullicion se optimiza a medida que se disuelve al menos una parte sustancial del hidrogeno necesario para las reacciones de hidroprocesamiento en la fase ftquida con la corriente de alimentacion. En ciertas realizaciones, se proporciona un sistema esencialmente de dos fases de catalizador y ftquido para minimizar los requisitos de volumen de reactor, aumentar la carga de catalizador y el volumen de ftquido, y reducir la tasa de acumulacion de gas.

Dado que se minimiza o esencialmente se elimina el exceso de hidrogeno gaseoso en el sistema, la corriente de recirculacion y por tanto el ftquido de recirculacion tendran una fase gaseosa reducida en comparacion con los sistemas de lecho en ebullicion de hidroprocesamiento convencionales, lo que aumenta la eficiencia de la bomba de recirculacion de lecho en ebullicion y minimiza la necesidad de bombas de ebullicion disenadas para manejar una fase gaseosa sustancial. Ademas, los niveles reducidos de hidrogeno en exceso reduciran al mmimo la probabilidad de acumulacion de gas, y el volumen del reactor se puede usar de manera mas eficaz, por ejemplo, en ciertas realizaciones con un incremento efectivo del volumen del reactor de hasta el 40 % aproximadamente.

Una caractenstica de los reactores de lecho en ebullicion es que la adicion/retirada de catalizador se produce de forma regular, y en ciertas operaciones, de forma continua o semi-continua sin interrumpir el funcionamiento del reactor. Cualquier desactivacion del catalizador provocada por una posible falta de hidrogeno en comparacion con los sistemas convencionales sin la incorporacion de hidrogeno en solucion con la materia prima ftquida se compensa al menos parcialmente por la sustitucion parcial regular de catalizador. Por lo tanto, la duracion del ciclo del reactor de lecho en ebullicion se fija por el horario de inspeccion y parada del refinador, no por la actividad del catalizador.

Los reactores de lecho en ebullicion operan a temperatura constante, mientras que los reactores de lecho fijo operan sobre un amplio intervalo de temperaturas. La cafda de presion es relativamente baja en el reactor de lecho en ebullicion como resultado de la ebullicion.

Las caractensticas de retromezcla del proceso del reactor de lecho en ebullicion ofrecen una mejor dispersion de reactivo y dan lugar a unas condiciones del lecho casi isotermicas. La temperatura de reaccion esta controlada por la temperatura de la alimentacion, lo que resulta en una operacion a temperatura isotermica en todo el reactor. Esto elimina la necesidad de un enfriamiento rapido del hidrogeno gaseoso en el reactor. La operacion isotermica (sin requisito de enfriamiento rapido) en el proceso de lecho en ebullicion aumentara la flexibilidad del procesamiento de la materia prima, y se pueden procesar materias primas relativamente mas pesadas en los reactores de lecho en ebullicion de acuerdo con el presente sistema y proceso.

Ejemplo (no de acuerdo con la invencion):

Un residuo de vacfo derivado de petroleo crudo pesado arabe, cuyas caractensticas se proporcionan en la Tabla 1, se somete a hidrocraqueo en un reactor de lecho en ebullicion de una sola etapa a 440 °C, 150 bares (15 MPa) de presion parcial de hidrogeno, 0,3 litros de aceite por litro de volumen del reactor y con 0,8 kg de catalizador por tonelada de residuo de vacfo. El caudal total de hidrogeno gaseoso se ajusta a cuatro veces la velocidad a la que se consume hidrogeno en el proceso. El reactor de lecho en ebullicion se hizo funcionar a una relacion de recirculacion a materia prima de 10:1.

Tabla 1

Propiedad/Composicion: Unidad Valor

Densidad: kg/l 1,04

Azufre: % en p 5,3

Nitrogeno: ppm en peso 4000

CCR: % en p 25

1050 °C +: % en p 91

El balance de materia total para el proceso que esta configurado como se muestra en la Fig. 3B se proporciona en la 5 Tabla 2.

Tabla 2

Componente/Corriente: 310 316 312 320 324 326 318 330 366 362b

Hidrogeno: 93 381 381 288 0 288 93

H2S: 510

NH3: 30

CH4: 85

C2H6: 86

C3H8: 150

C4H10: 120

C5-180: 810

180 °C-240 °C: 537

240 °C-370 °C: 1634

370 °C-520 °C: 900 900 900 2340

520 °C +: 9100 48.000 48.000 38.900

Total: 10.000 93 381 49.281 288 0 288 48.993 6302 38.900

La conversion total de los hidrocarburos que hierven por encima de 520 °C fue del 61 % en peso y en el proceso se 10 logro una hidrodesulfuracion del 92 % en peso. Dado que el hidrogeno se disuelve en la materia prima, el hidrogeno en fase gaseosa se elimino en el reactor de lecho en ebullicion, lo que dio lugar a un ahorro del 30-40 % en volumen del espacio del reactor que se requena previamente para la acumulacion de gas en el sistema de tres fases de la tecnica anterior.

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Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un proceso para la conversion de una materia prima de hidrocarburo Ifquido en compuestos hidrocarbonados de menor peso molecular en un reactor de hidroprocesamiento catalttico de lecho en ebullicion,

en el que el reactor de lecho en ebullicion incluye un conducto de recirculacion interna de flujo descendente en comunicacion fluida con la region esencialmente libre de catalizador por encima del lecho catalttico para la recepcion de hidrocarburos mas pesados que los productos recuperados; comprendiendo el proceso:

mezclar la materia prima de hidrocarburo lfquido con un exceso de hidrogeno gaseoso en una zona de mezcla para disolver una parte del hidrogeno gaseoso en la materia prima de hidrocarburo lfquido para producir una materia prima de hidrocarburo lfquido enriquecido en hidrogeno;

transportar la materia prima de hidrocarburo lfquido enriquecido en hidrogeno y el hidrogeno no disuelto a una zona de vaporizacion instantanea en la que al menos una parte del hidrogeno gaseoso disuelto se somete a vaporizacion instantanea;

hacer pasar la materia prima de hidrocarburo lfquido enriquecido en hidrogeno de la zona de vaporizacion instantanea a la entrada de alimentacion del reactor de lecho en ebullicion para la reaccion que incluye la conversion de la materia prima en hidrocarburos de menor peso molecular;

recuperar productos de hidrocarburos convertidos de menor peso molecular de una region esencialmente libre de catalizador del reactor de lecho en ebullicion;

hacer pasar los hidrocarburos desde el conducto de recirculacion interna de flujo descendente en la parte inferior del reactor de lecho en ebullicion a una zona de separacion y recirculacion externa que incluye un recipiente de separacion externa o de vaporizacion instantanea en comunicacion fluida con el conducto de recirculacion interna de flujo descendente y una salida en comunicacion fluida con una bomba de ebullicion de recirculacion para el paso de la parte inferior del recipiente de separacion o de vaporizacion instantanea a la entrada del reactor de lecho en ebullicion; en el que una parte de una corriente superior que contiene gases ligeros e hidrogeno se recupera de la zona de separacion y recirculacion externa y se recircula al recipiente de separacion externa o de vaporizacion instantanea;

hacer pasar la parte inferior del recipiente de separacion externa o de vaporizacion instantanea del que se han retirado el hidrogeno y los gases ligeros hacia la bomba de ebullicion de recirculacion; y

hacer pasar la parte inferior del recipiente de separacion o de vaporizacion instantanea desde la bomba de ebullicion de recirculacion a la entrada del reactor de lecho en ebullicion.
2. El proceso de la reivindicacion 1, en el que la acumulacion de gas en el reactor de lecho en ebullicion esta en el intervalo de menos del 40 % en volumen al 10 % en volumen del volumen lfquido total.
3. El proceso de la reivindicacion 1, en el que la acumulacion de gas en el reactor de lecho en ebullicion es inferior al 1 % en volumen.
4. El proceso de la reivindicacion 1, en el que la corriente de recirculacion del lecho en ebullicion contiene un volumen de vapores que esta en el intervalo de menos del 10% en volumen a menos del 1 % en volumen del volumen total de lfquido.
5. El proceso de la reivindicacion 1, en el que la corriente de recirculacion del lecho en ebullicion contiene un volumen de vapores que es inferior al 0,1 % en volumen del volumen total de lfquido.
6. El proceso de la reivindicacion 1, en el que el reactor de lecho en ebullicion se hace funcionar a una temperatura en el intervalo de 350 °C a 500 °C.
7. El proceso de la reivindicacion 1, en el que el reactor de lecho en ebullicion se hace funcionar a una temperatura en el intervalo de 400 °C a 450 °C.
8. El proceso de la reivindicacion 1, en el que el reactor de lecho en ebullicion se hace funcionar a una presion en el intervalo de 50 a 300 kg/cm2 (4,9-29,4 MPa).
9. El proceso de la reivindicacion 1, en el que el reactor de lecho en ebullicion se hace funcionar a una presion en el intervalo de 100 a 250 kg/cm2 (9,8-24,5 MPa).
10. El proceso de la reivindicacion 1, en el que el reactor de lecho en ebullicion se hace funcionar a una presion en el intervalo de 150 a 200 kg/cm2 (14,7-19,6 MPa).
11. El proceso de la reivindicacion 1, en el que la zona de mezcla y saturacion de hidrogeno y materia prima se hace funcionar a un caudal de hidrogeno en el intervalo de 500 a 10.000 pies cubicos normales por barril (SCFB) (89 a 1780 m3/m3) de materia prima.
12. El proceso de la reivindicacion 1, en el que la zona de mezcla y saturacion de hidrogeno y materia prima se hace funcionar a un caudal de hidrogeno en el intervalo de 1500 a 5000 SCFB (267 a 890 m3/m3).
13. El proceso de la reivindicacion 1, en el que el hidrogeno se incorpora a los hidrocarburos por la parte inferior del 5 reactor de lecho en ebullicion aguas arriba de la zona de separacion y recirculacion externa.