ES3034399T3 - High efficiency pour point reduction process - Google Patents

Abstract

Un proceso y sistema para convertir una materia prima orgánica de alto punto de fluidez en un producto mejorado con buenas propiedades a baja temperatura (punto de enturbiamiento, punto de fluidez y viscosidad) y una mejor transportabilidad. El proceso de alta eficiencia incluye un sistema de reactor hidrotérmico de flujo continuo y alta velocidad, y sistemas de separación integrados que resultan en baja complejidad, reducido espacio, alta eficiencia energética y altos rendimientos de un producto mejorado de alta calidad. El sistema es especialmente recomendable para la conversión de materias primas parafinas, como crudos de petróleo parafinas amarillas y negras, y parafinas del proceso Fischer-Tropsch (FT), en crudo mejorado con una alta fracción de diésel y, en consecuencia, una baja fracción de gasóleo de vacío (VGO). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Proceso de alta eficiencia para la reducción del punto de fluidez

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un proceso de alta eficiencia para convertir materias primas de petróleo u orgánicas sintéticas de alto punto de fluidez y alto punto de fusión en productos crudos o combustibles mejorados que muestran buenas propiedades a baja temperatura (punto de enturbiamiento, punto de fluidez y viscosidad) y una transportabilidad mejorada. El proceso de alta eficiencia incluye un sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa y sistemas de separación integrados que resultan en una baja complejidad, un espacio en planta reducido, una alta eficiencia energética y altos rendimientos de productos mejorados de alta calidad. El proceso es específicamente útil para convertir materias primas cerosas, tal como los crudos de petróleo de cera amarilla y negra y la cera del proceso de Fischer-Tropsch (FT), en crudo mejorado que incluye una fracción con alto contenido de diésel y una fracción correspondientemente baja de gasóleo de vacío (VGO).

La patente US-2012/181217A1 describe un método de mejora de la materia prima de petróleo. El método incluye suministrar un flujo mixto que incluye materia prima de hidrocarburos y agua a un reactor hidrotérmico donde el flujo mixto se mantiene a una temperatura y presión superiores a las temperaturas y presión críticas del agua en ausencia de catalizador durante un tiempo de permanencia suficiente para convertir el flujo mixto en un flujo modificado que tiene una mayor concentración de hidrocarburos más ligeros y/o una concentración de compuestos que contienen azufre. El flujo modificado se suministra después a una etapa de reacción de adsorción cargada con un adsorbente sólido que puede funcionar para eliminar al menos una porción del azufre presente y producir un producto ajustado. El flujo ajustado se separa después en flujos de gas y líquido, y el flujo de líquido se separa en un flujo de agua y un flujo de producto de hidrocarburo mejorado.

Antecedentes de la invención

Los petróleos crudos de cera amarilla y cera negra presentan altos puntos de fluidez (más de 110 °F) y son semisólidos a temperatura ambiente. Si bien existen grandes recursos de crudo ceroso en el estado de Utah, el crudo ceroso se produce en otras regiones de los Estados Unidos y en todo el mundo. Los crudos cerosos presentan graves problemas de transporte y logística. Los crudos cerosos solo se pueden transportar en camiones cisterna aislados a lugares situados a unas pocas horas del campo petrolífero. El transporte a mercados distintos del área local requiere camiones o vagones calefactados o tuberías calefactadas. Los crudos cerosos calentados presentan un problema de seguridad, ya que presentan puntos de inflamación cercanos a su punto de fluidez. En Utah, los crudos cerosos se transportan en camiones aislados hasta refinerías locales. Esto crea problemas de logística, seguridad y salud debido al gran volumen de camiones que se requieren para viajar por terrenos montañosos, carreteras secundarias, cerca de depósitos de agua potable y por áreas pobladas.

Las soluciones a los problemas de transporte se han centrado mayoritariamente en el uso de aditivos para reducir el punto de fluidez. Sin embargo, estos planteamientos no han podido reducir el punto de fluidez de manera suficiente como para permitir el uso de sistemas de transporte convencionales no calefactados, tales como camiones cisterna, vagones, tuberías y similares. La dilución con otros petróleos crudos es otra posible solución, pero las concentraciones aceptables de crudos cerosos son muy bajas, lo que crea problemas logísticos, de producción y económicos.

El refinado de los crudos cerosos presenta desafíos adicionales y requiere cambios en las operaciones y los equipos actuales de las refinerías. Un crudo ceroso consiste usualmente en una variedad de hidrocarburos ligeros e intermedios y cera, que consiste principalmente en hidrocarburos parafínicos (C18-C50+), conocidos como cera de parafina, y una variedad de otros compuestos orgánicos pesados que incluyen resinas y asfaltenos. Como se utilizan en la presente memoria, las moléculas de hidrocarburos se pueden definir por el número de átomos de carbono. Por ejemplo, cualquier molécula de hidrocarburo que tenga dieciocho átomos de carbono se denomina C18 y una molécula de hidrocarburo que tenga 50 átomos de carbono se denomina C50. Aunque los crudos cerosos típicamente presentan altas gravedades API, características de los crudos ligeros, la fracción de crudo que bulle a una temperatura superior que el diésel, es decir, la fracción que destila a una temperatura equivalente a la atmósfera (AET) superior a 650 °F (343 °C), es mucho mayor que la de los petróleos crudos típicos que presentan una gravedad API mucho más inferior. La fracción que bulle a una temperatura de 650 °F a 1000 °F (343 °C a 538 °C) se define como gasóleo al vacío (VGO) y la fracción que bulle a más de 1000 °F (538 °C) se define como residuo (resid). La fracción de VGO de los crudos cerosos es típicamente superior al 60 % del crudo. Esto presenta un problema para las refinerías convencionales diseñadas para procesar petróleo crudo que solo puede contener un 30-40 % de VGO y resid. En el refinado de petróleo convencional, la fracción de VGO es la fracción superior de una torre de destilación al vacío. La fracción de VGO se puede craquear para obtener combustibles destilados (<650 °F / <343 °C) mediante hidrocraqueo convencional o tecnología de craqueo catalítico fluido (FCC). Como se utiliza en la presente memoria, la referencia a una fracción por un valor o intervalo de temperatura (tal como “ <650 °F” / <343 °C) significa que la fracción bulle a esa temperatura o intervalo. Sin embargo, el alto contenido de VGO de los crudos cerosos crea un grave cuello de botella en la refinería de petróleo típica. La solución convencional para este cuello de botella es la adición de sistemas muy costosos de destilación al vacío e hidrocraqueo o FCC.

Debido a los problemas logísticos, de seguridad y de refinado asociados con los crudos cerosos, el valor de estos crudos se ha reducido hasta un 20 % con respecto a otros crudos de referencia, tal como el West Texas Intermediate (WTI). Los grandes depósitos de crudos cerosos no se consideran “ reservas comprobadas” porque no se pueden recuperar con el equipo existente y en las condiciones existentes. Si se pudieran mejorar los crudos cerosos para permitir el transporte en camiones, vagones y oleoductos no calefactados, y se redujera el contenido de VGO para permitir la máxima productividad en las refinerías típicas sin modificaciones, el valor de estos crudos superaría el valor del WTI. Por añadidura, como “ reservas comprobadas” , el financiamiento para una infraestructura adicional de producción de crudo ceroso estaría entonces fácilmente disponible.

Además de los crudos cerosos, otros materiales presentan problemas de transporte similares. Los aceites pesados y los materiales de tipo bituminoso presentan altas viscosidades y se deben procesar cerca del campo para reducir la viscosidad o diluirse con petróleo crudo ligero o nafta para permitir el transporte por oleoductos. Los hidrocarburos sintéticos, tal como la cera producida por el proceso de Fischer-Tropsch (FT), presentan puntos de fusión y fluidez aún superiores a los de crudos cerosos. El gas de boca de pozo y el gas aislado representan problemas para la producción de petróleo y gas que se pueden abordar mediante la conversión en cera FT en el campo. Sin embargo, el transporte de ceras sólidas tiene un costo prohibitivo debido a problemas logísticos y de refinado. La capacidad de convertir las ceras FT en hidrocarburos líquidos en el campo mejoraría en gran medida la logística, la economía y la viabilidad técnica de la producción y conversión de las ceras<f>T.

Resumen de la invención

La presente invención es un proceso para convertir una materia prima orgánica de alto punto de fluidez, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas, que utiliza un reactor hidrotérmico de flujo continuo y alta tasa para convertir materias primas orgánicas de alto punto de fluidez y alta viscosidad, tales como crudos cerosos o ceras FT, en petróleos crudos mejorados o sintéticos (crudo sintético) que muestran un punto de fluidez y una viscosidad reducidos. La reducción del punto de fluidez hidrotérmico mejora las materias primas de hidrocarburos en un proceso que combina agua supercrítica a alta temperatura con la materia prima orgánica en condiciones que resultan en el rápido craqueo de las moléculas parafínicas y, al mismo tiempo, minimizan la formación de coque y gases. El tiempo de permanencia en el reactor hidrotérmico de alta tasa es inferior a 1 minuto. En el caso de una materia prima como el petróleo crudo de cera amarilla, el producto mejorado presenta una reducción del punto de fluidez de 43,3 °C (110 °F) a menos de 0 °C (32 °F) y una reducción de la fracción de VGO del 60 % al 15 %. Por añadidura, se pueden obtener fracciones de combustible diésel de hasta un 65 %.

Esta invención aprovecha la energía del flujo de producto del reactor hidrotérmico para realizar la separación a presión atmosférica de los flujos del proceso y lograr una alta eficiencia térmica mediante la integración de los procesos de generación, reacción y recuperación de calor. La pequeña cantidad de gases como subproducto generados durante la mejora es suficiente para satisfacer todos los requisitos de calor del proceso. La gravedad API del producto es superior a la de la materia prima, lo que resulta en altos rendimientos volumétricos, del 95 al 100 %. No se generan subproductos ni productos de desecho orgánicos para algunas realizaciones de la invención y más del 90 % del agua procesada se puede reciclar.

Esta invención tiene numerosas ventajas sobre otros procesos de mejora hidrotérmica, procesos de mejora de refinería convencionales u otros métodos que incluyen la dilución y/o el uso de aditivos. Un resumen de las ventajas de la mejora del crudo ceroso incluye, aunque no de forma limitativa: 1) operaciones unitarias de craqueo hidrotérmico de materias primas parafínicas sin necesidad de hidrógeno, destilación al vacío, hidrocraqueo o craqueo catalítico fluido (FCC); 2) un tiempo de permanencia muy corto (>1 minuto), lo que resulta en un equipo de proceso muy pequeño que puede ubicarse junto con una refinería convencional o implementarse cerca de los campos petrolíferos; 3) baja inversión de capital resultante del espacio en planta reducido de los equipos y el sistema, la eliminación de la necesidad de un catalizador y la ausencia de equipos de generación de hidrógeno; 4) bajo costo de operación resultante de la ausencia de requisitos de energía adicionales para el calor del proceso, sin coste de reemplazo del catalizador, sin necesidad de aditivos, generación mínima de residuos y subproductos, y costes mínimos de consumo y tratamiento del agua; 5) uso de flujos de proceso de alta energía que contienen agua para la separación del producto, lo que elimina la necesidad de una destilación al vacío convencional; y 6) producción de altos rendimientos de crudo mejorado con un punto de fluidez inferior a 32 °F (0 °C), una viscosidad inferior a 5 centistokes (cSt) a 40 °C (104 °F), una fracción de VGO inferior al 15 % y un alto rendimiento de combustible diésel.

Los crudos cerosos y los productos de cera FT enteros contienen fracciones de nafta y diésel que no requieren mejora. La fracción de destilado se puede separar mediante destilación convencional para reducir la cantidad de crudo que requiere procesamiento. En un planteamiento alternativo, según la presente invención, el flujo de efluente del reactor de alta energía puede utilizarse para separar la fracción de destilado de la materia prima virgen en un sistema de separación para hacer que una fracción de destilado más ligera de la materia prima se separe de la fracción más pesada junto con el destilado crudo mejorado. La fracción más pesada (>650 °F / >343 °C) de la materia prima en bruto y el producto no convertido se puede convertir después en destilado en el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa. Los sistemas de separación pueden incluir uno o más tambores de expansión, una o más columnas de destilación o rectificación, uno o más condensadores y uno o más separadores de aceite y agua. La energía proporcionada por el flujo de producto es suficiente para permitir el funcionamiento a baja presión de los sistemas de separación y eliminar la necesidad de destilación al vacío.

Algunos petróleos crudos contienen niveles significativos de asfaltenos o presentan un alto contenido de residuo de carbono de Conradson (CCR). El estándar industrial para el procesamiento de material tipo VGO tiene un valor de CCR de aproximadamente el 0,5 %. En consecuencia, los petróleos crudos que presentan un CCR elevado rebasarían el 0,5 % y los petróleos crudos que presentan un CCR bajo no alcanzarían aproximadamente el 0,5 %. Estos aceites pueden requerir la separación de la fracción residual para mejorar la procesabilidad. Según otra realización de esta invención, la fracción pesada (>650 °F / >343 °C) de la materia prima puede someterse a procesos de desasfaltado para eliminar los asfaltenos antes de mejorarla en el reactor hidrotérmico de alta tasa. Un planteamiento alternativo consiste en emplear la destilación al vacío de la fracción pesada para eliminar los asfaltenos de la fracción inferior (asfalto) y proporcionar un producto intermedio equivalente al VGO para su posterior mejora.

Según la presente invención, se proporciona un proceso de flujo continuo para convertir una materia prima orgánica de alto punto de fluidez en un producto mejorado según cualquiera de las reivindicaciones 1-8.

Cuando se introduce la fracción pesada mejorada en el sistema de separación, el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa es capaz de transferir una cantidad predeterminada de energía a la fracción pesada, tal que cuando la fracción pesada mejorada se introduce en el sistema de separación, la cantidad predeterminada de energía es suficiente para efectuar la separación de la fracción de destilado y la fracción pesada.

El proceso incluye además mezclar la fracción pesada del sistema de separación con una mezcla de agua y agua-aceite para producir una mezcla de fracciones pesadas y alimentar la mezcla de fracciones pesadas al sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa. El proceso también incluye proporcionar uno o más separadores asociados con la fracción de destilado o la fracción pesada mejorada para recuperar agua para su reciclaje y combinarla con la fracción pesada.

El proceso también incluye mantener la temperatura y la presión de la mezcla de agua y fracciones pesadas en el sistema de reactor de alta tasa durante un tiempo suficiente para producir una fracción pesada mejorada que tenga un punto de fluidez bajo.

La materia prima orgánica de alto punto de fluidez puede ser cualquier materia prima que presente puntos de fluidez superiores a 10 °C (50 °F) y se selecciona del grupo que consiste en petróleo crudo pesado, bitumen de arenas bituminosas, petróleo de esquisto bituminoso, crudos cerosos que incluyen cera amarilla y cera negra, fracciones de aceite de petróleo, crudos sintéticos, tales como cera de un proceso de Fischer-T ropsch (FT), y mezclas de los mismos.

El sistema de separación puede funcionar a una presión positiva neta de 2 psig (0,014 MPa) a 30 psig (20,68 MPa) y puede comprender al menos uno de uno o más tambores de expansión, una o más columnas de rectificación, una o más columnas de destilación, o cualquier combinación de los mismos.

El proceso puede incluir además despresurizar la fracción pesada mejorada que sale del sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa, filtrar la fracción pesada mejorada despresurizada, enfriar parcialmente la fracción pesada despresurizada filtrada en un intercambiador de calor de alimentación-efluente y alimentar la fracción pesada parcialmente enfriada a un tambor de expansión donde la porción inferior que contiene compuestos refractarios se combina con la fracción de destilado del sistema de separación para formar el producto mejorado.

El proceso incluye además proporcionar uno o más condensadores para condensar la fracción de destilado del sistema de separación para producir gas combustible y un flujo de reflujo, en donde una primera porción del flujo de reflujo se introduce en el sistema de separación y una segunda porción del flujo de reflujo se combina con una porción de la fracción pesada mejorada del reactor hidrotérmico de alta tasa para producir el producto mejorado sin ningún subproducto líquido.

El proceso también puede incluir una etapa de tratamiento de la fracción pesada que sale del sistema de separación para pasar a un proceso de desasfaltado para eliminar los precursores de coque de las materias primas que presentan un alto contenido de residuo de carbono de Conradson (CCR) antes de que se alimente la fracción pesada al sistema de reactor de alta tasa. Se puede apreciar que el proceso de desasfaltado puede ser cualquier proceso conocido, tal como un proceso de desasfaltado con disolvente, destilación al vacío y similares.

Según un aspecto de la invención, la relación en peso de agua a aceite en el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa puede estar entre 1:20 y 1:1 o incluso entre 1:10 y 1:2. La fracción pesada y la mezcla de aceite y agua se pueden calentar en el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa a una temperatura entre 400 °C (752 °F) y 600 °C (1112 °F) o incluso a una temperatura entre 450 °C (842 °F) y 550 °C (1022 °F). De forma adicional, la presión en el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa se puede mantener entre 1500 psig (13,34 MPa) y 6000 psig (41,37 MPa) o incluso entre 3000 psig (20,68 MPa) y 4000 psig (27,58 MPa). También, el tiempo de permanencia del sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa en condiciones de operación puede ser inferior a 1 minuto.

El proceso incluye además despresurizar la fracción pesada mejorada que sale del sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa, filtrar la fracción pesada mejorada despresurizada, alimentar la fracción pesada mejorada filtrada a un intercambiador de calor de alimentación-efluente, enfriar la fracción pesada mejorada filtrada, alimentar la fracción pesada mejorada enfriada a uno o más separadores para eliminar el gas combustible y el agua a partir de la misma y combinar la fracción pesada mejorada que sale de uno o más separadores con la fracción de destilado para formar el producto mejorado sin la producción de subproductos líquidos. Este proceso también puede incluir la etapa de tratar la fracción pesada del sistema de separación en un proceso de desasfaltado para eliminar los precursores de coque de las materias primas que presentan un alto CCR antes de que se alimente la fracción pesada al sistema de reactores de alta tasa y en donde el proceso de desasfaltado comprende un proceso de desasfaltado conocido, tal como un proceso de desasfaltado con disolvente, destilación al vacío y similares.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista esquemática del proceso de reducción del punto de fluidez según la presente invención que utiliza el producto del reactor de alta energía para dividir el producto y la materia prima de bajo CCR en una columna de rectificación en fracciones destiladas y pesadas y la fracción pesada se alimenta directamente al sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa;

la figura 2 es una vista esquemática del proceso de reducción del punto de fluidez según la presente invención para materias primas con alto contenido de CCR que es similar a la figura 1; sin embargo, la fracción pesada de la columna rectificadora se desasfalta antes del procesamiento en el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa;

la figura 3 es una vista esquemática de un sistema de reducción del punto de fluidez en el que la materia prima de bajo CCR se destila en fracciones destiladas y pesadas y solo la fracción pesada de la materia prima se mejora en el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa; y

la figura 4 es una vista esquemática de un sistema de reducción del punto de fluidez para materias primas de alto CCR que es similar a la figura 3; la fracción pesada de la materia prima se desasfalta antes de ser mejorada en el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa.

Descripción de la invención

Como se utiliza en la presente memoria, salvo que se especifique expresamente lo contrario, todos los números, tales como los que expresan valores, intervalos, cantidades o porcentajes, pueden leerse como si estuvieran precedidos por la palabra “aproximadamente” , incluso si el término no aparece expresamente. Se pretende que cualquier intervalo numérico mencionado en la presente memoria incluya todos los subintervalos incluidos en el mismo. El plural abarca el singular y viceversa. Por ejemplo, aunque la invención se ha descrito en términos de “ un” estabilizador de poliéster, “ un” monómero etilénicamente insaturado, “ un” disolvente orgánico y similares, se pueden utilizar mezclas de estos y otros componentes, incluidas mezclas de micropartículas. Cuando se dan intervalos, cualquier punto de extremo de esos intervalos y/o números dentro de esos intervalos puede combinarse con el alcance de la presente invención. “ Que incluye” , “ tal como” , “ por ejemplo” y términos similares significan “ que incluye/tal como/por ejemplo, aunque no de forma limitativa” .

Para los fines de la descripción a continuación en la memoria, los términos “ superior” , “ inferior” , “ derecho” , “ izquierdo” , “vertical” , “ horizontal” , “ arriba” , “ abajo” , “ lateral” , “ longitudinal” y derivados de los mismos se refieren a la invención como está orientada en las figuras de los dibujos. Sin embargo, debe entenderse que la invención puede adoptar diversas variaciones alternativas, excepto cuando se especifique expresamente lo contrario. También debe entenderse que los dispositivos específicos ilustrados en los dibujos adjuntos, y descritos en la siguiente memoria descriptiva, son simplemente realizaciones ilustrativas de la invención. Por lo tanto, las dimensiones específicas y otras características físicas relacionadas con las realizaciones expuestas en la presente memoria no deben considerarse limitantes.

Debe entenderse que se pretende que cualquier intervalo numérico mencionado en la presente memoria incluya todos los subintervalos incluidos en el mismo. Por ejemplo, se pretende que un intervalo de “ 1 a 10” incluya todos y cada uno de los subintervalos entre e incluido el valor mínimo mencionado de 1 y el valor máximo mencionado de 10, es decir, todos los subintervalos que comienzan con un valor mínimo igual o superior a 1 y terminando con un valor máximo igual o inferior a 10, y todos los subintervalos entre medias, p. ej., de 1 a 6,3, o de 5,5 a 10, o de 2,7 a 6,1.

La presente invención se refiere a un proceso mejorado de mejora de materias primas para convertir materias primas de alto punto de fluidez y alta viscosidad con una temperatura de punto de fluidez superior a 10 °C (50 °F), tales como crudos cerosos, cera Fischer-Tropsch (FT), petróleo crudo pesado o bitumen en un producto mejorado que tiene una viscosidad inferior y un punto de fluidez inferior en el que el producto puede transportarse en camiones, vagones de ferrocarril y oleoductos no calefactados. La presente invención también se puede utilizar para convertir otras materias primas, incluido petróleo de esquisto bituminoso, fracciones de aceite de petróleo, crudos sintéticos y mezclas de los mismos. El proceso resulta en un aumento significativo del rendimiento de destilado (<650 °F o <343 °C) y una reducción del contenido de VGO y de residuo (>650 °F o >343 °C). El proceso se basa en un sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa que craquea selectivamente ceras de parafina de elevado peso molecular en agua supercrítica para minimizar la formación de coque y gases. La energía del efluente del reactor se emplea para separar la fracción de destilado de la materia prima y el efluente del reactor de la fracción pesada virgen y sin reaccionar que se mejora aún más en el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa. La operación de esta manera resulta en una alta eficiencia energética, una conversión en condiciones relativamente suaves, un alto rendimiento de producto y un sistema de reactor de alta tasa más pequeño, ya que se ha diseñado para tratar solo una fracción de la materia prima virgen. Otras ventajas de procesar solo la fracción pesada de la materia prima de alto punto de fluidez incluyen la reducción del tamaño de los equipos de alta presión, la reducción del tamaño del equipo de desasfaltado (si es necesario), la eliminación de la necesidad de destilación al vacío, el bajo consumo de energía, la baja generación de gas combustible y residuos y una mejor separación del aceite y el agua, lo que permite la máxima recuperación y reutilización del agua.

Ahora se hace referencia a la figura 1, en donde la materia prima virgen de alto punto de fluidez que presenta un bajo residuo de carbono de Conradson (CCR) (es decir, menos del 0,5 %) se combina directamente con un efluente de fondos mejorado del sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa en un sistema de separación o columna rectificadora. En esta realización, la energía del efluente del reactor se transfiere directamente a la materia prima virgen para vaporizar la fracción de destilado y enfriar el efluente del reactor para condensar la fracción pesada. La fracción de destilado de la materia prima virgen y la fracción de destilado de la fracción pesada mejorada se recuperan en el flujo superior. La fracción pesada (>650 °F o >343 °C) de la materia prima virgen y la fracción pesada que queda después de la conversión en el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa se recuperan en el flujo inferior. Dado que la fracción pesada no craqueada se recicla al reactor de alta tasa, se proporciona un mecanismo para eliminar un pequeño flujo derivado de los compuestos refractarios de la fracción pesada para evitar la acumulación de estos compuestos en el proceso. El flujo derivado se combina con la fracción de destilado para formar el producto mejorado. Las ventajas del planteamiento de contacto directo incluyen: 1) transferencia directa de calor en el sistema de separación y la correspondiente reducción de los requisitos del intercambiador de calor; 2) reciclar las ceras de parafina de elevado peso molecular no craqueadas al reactor hidrotérmico de alta tasa; 3) condiciones de operación menos severas como resultado del reciclaje de productos no craqueados; y 4) alto rendimiento de destilado y bajo rendimiento de gas y VGO.

En la figura 3, solo la materia prima virgen de bajo CCR se divide en la columna de rectificación en una fracción de destilado y una fracción pesada que después se alimenta directamente al sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa. La materia prima se calienta indirectamente mediante intercambio de calor con otros flujos de proceso. Se enfría el efluente del reactor hidrotérmico de alta tasa, se separa del gas combustible y el agua y se combina en su totalidad con la fracción de destilado para formar un producto mejorado. Los beneficios del planteamiento de contacto indirecto incluyen: 1) menor tamaño de los reactores de alta tasa y sistemas de separación; 2) diseño y operación simplificados; y 3) bajo índice de bromo de la fracción pesada, lo que reducirá la tasa de formación de coque en el sistema de reactores de alta tasa.

Las figuras 2 y 4 se refieren a materias primas que presentan un CCR alto (es decir, mayor del 0,5 %). El CCR proporciona una indicación de la propensión relativa a la formación de coque de las materias primas de hidrocarburos. Las materias primas que presentan un CCR alto se deben procesar para reducir el CCR antes de procesarlas en equipos de alta temperatura (hornos de combustión, intercambiadores de calor, etc.) El CCR se puede reducir mediante el desasfaltado convencional con disolventes o la destilación al vacío. Ambos procesos resultan en un pequeño flujo derivado con alto contenido de compuestos de asfaltenos. Esta transmisión puede añadirse al producto mejorado dependiendo de las especificaciones del producto y calidad de la materia prima.

Ahora se hace referencia a la figura 1, que muestra una vista esquemática del proceso de reducción del punto de fluidez, generalmente indicado como 100, según la invención, para convertir la materia prima de alto punto de fluidez y bajo CCR en un producto mejorado. El proceso incluye proporcionar una materia prima orgánica 102 de alto punto de fluidez. La materia prima de crudo 102 puede alimentarse a un tanque de ecualización 104. Generalmente, un tanque de ecualización actúa como un tanque de contención que permite igualar el flujo de la materia prima. Un tanque de ecualización también puede actuar como una operación de acondicionamiento donde la temperatura de la materia prima se controla para mantener las características de flujo apropiadas. La materia prima de alto punto de fluidez 106 sale del tanque de ecualización 104 y se introduce en la bomba 108 para formar un flujo de alimentación presurizado 110 a una presión suficiente para evitar la formación de hidrocarburos gaseosos durante el calentamiento posterior. El flujo de alimentación presurizado 110 puede calentarse mediante un dispositivo de calentamiento, tal como un intercambiador de calor 112, para formar un flujo de alimentación calentado 114 que puede calentarse aún más mediante un intercambiador de calor de efluente de alimentación 116 para formar un flujo de alimentación calentado adicionalmente 118. Puede apreciarse que el flujo de alimentación presurizado 110 y el flujo de alimentación calentado 114 se pueden calentar mediante cualquier proceso o dispositivo conocido y pueden incluir el intercambio con otros flujos de proceso para optimizar la eficiencia térmica global.

El flujo de alimentación calentado adicionalmente 118 de la materia prima de alto punto de fluidez se alimenta después a través de una válvula de control de presión o un dispositivo de despresurización 120 para formar un flujo despresurizado calentada 122 que después se introduce en un sistema de separación. Para los fines de la presente exposición, el sistema de separación se denominará como columna de rectificación o rectificadora, y se designará con los números de referencia 124, 224, 324 y/o 424 en el conjunto de la memoria descriptiva y los dibujos. Sin embargo, se puede apreciar que el sistema de separación puede comprender al menos uno de uno o más tambores de expansión, una o más columnas de rectificación, una o más columnas de destilación o cualquier combinación de las mismas. De forma adicional, el sistema de separación de la presente exposición funciona a una presión positiva neta de 2 psig (0,014 MPa) a 30 psig (20,68 MPa).

Continuando con la referencia a la figura 1, la columna de rectificación 124 produce una Fracción 170 de destilado y una fracción pesada 126. La Fracción 170 de destilado se enfría y se condensa en el condensador 172 para formar un producto de destilado condensado y enfriado 174. El producto de destilado 174 se alimenta a uno o más separadores. El producto de destilado enfriado 174 se separa en un separador de gas y líquido (GLS) 176 dando lugar a un gas combustible 178 y un flujo de aceite y agua 180 que se alimenta a un separador de aceite y agua 182. El separador de aceite y agua 182 produce un flujo de agua de proceso 190, un reflujo de destilado 184 y un producto de destilado 186. Las condiciones de la columna de rectificación se controlan para producir un producto de destilado que, cuando se mezcla con la fracción 162 de fondos del tambor de expansión 160 (descrito a continuación), resulta en un producto mejorado que cumple con las características de flujo y punto de fluidez requeridas. El flujo de agua de proceso 190 se puede reciclar a un tanque de ecualización de alimentación de agua 192. La alimentación de agua 194 sale del tanque de ecualización 192 y se introduce en la bomba 196, donde se presuriza para formar un flujo de agua a alta presión 198. La fracción pesada o el producto de fondos 126 de la columna rectificadora 124 se presuriza mediante la bomba 136 para formar un flujo presurizado 138 y se combina con el flujo de agua a alta presión 198 para formar una fracción pesada y un flujo de alimentación presurizado por agua 140. Si bien se pueden emplear dispositivos de mezcla convencionales, tales como válvulas de mezcla y elementos de mezcla estáticos, las fases oleosa y acuosa son completamente miscibles en las condiciones de operación del proceso. La fracción pesada y el flujo de alimentación presurizado por agua 140 se pueden calentar adicionalmente mediante el intercambiador de calor 142 para formar un flujo de alimentación calentado que se introduce en el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa (o reactor de alta tasa) 146.

Un ejemplo de un reactor hidrotérmico de alta tasa 146 que puede utilizarse es el reactor de alta tasa expuesto en la solicitud de patente US-14/060,225. El reactor de alta tasa 146 se ha diseñado para mejorar la dinámica de los fluidos del reactor y lograr temperaturas de operación superiores, tal como temperaturas de operación entre 400 y 700 °C (752 °F y 1292 °F), o entre 400 °C y 600 °C (752 °F y 1112 °F) o incluso entre 450 °C y 550 °C (842 °F y 1022 °F). Debido a que el reactor de alta tasa 146 funciona a temperaturas mucho más superiores a los sistemas del estado de la técnica, la tasa de reacción aumenta considerablemente y el tiempo de permanencia y el tamaño del reactor se reducen. Sin embargo, a medida que aumenta la temperatura de reacción, también aumenta el potencial de formación de coque y gasificación. El reactor de alta tasa 146 mitiga los efectos del funcionamiento a alta temperatura mediante el empleo de una combinación de características. Una de estas características incluye la gestión de la concentración de agua para mitigar la formación de coque. El reactor de alta tasa 146 utiliza proporciones de volumen de agua a materia orgánica entre 1:100 y 1:1, tal como entre 1:10 y 1:1, y en la presente invención, la relación en peso de agua a aceite está entre 1:20 y 1:1, tal como entre 1:10 y 1:2. El reactor de alta tasa utiliza típicamente un calentamiento rápido del contenido para alcanzar la temperatura de reacción (tal como tasas de calentamiento de 10 °C a 50 °C (50 °F a 122 °F) por segundo) y una alta presión para mitigar el craqueo excesivo y la formación de gases (tal como una presión de reacción en el intervalo de 1500-6000 psig (10,34 — 41,37 MPa), tal como en el intervalo de 2000 psig (13,79 MPa) a 3500 psig (24,13 MPa) o en el intervalo de 3000 psig (20,68 MPa) a 4000 psig (27,58 MPa). El reactor de alta tasa 146 también utiliza la característica de flujo turbulento para optimizar la mezcla, maximizar la transferencia de calor, minimizar el ensuciamiento del reactor y suspender los sólidos que se forman o precipitan. Otra característica más incluye el uso de un tiempo de permanencia corto para minimizar el craqueo secundario y la formación de coque. Se pueden emplear tiempos de permanencia superficiales de 1 a 120 segundos o incluso inferiores a 1 minuto. Se puede emplear un enfriamiento rápido para minimizar el craqueo secundario, la formación de coque, las reacciones secundarias no deseadas y la corrosión. El enfriamiento se puede lograr mediante la adición de agua o, en la presente invención, el enfriamiento se puede lograr mediante la adición de una materia prima de alto punto de fluidez.

El reactor de alta tasa 146 funciona a una temperatura que aumenta las tasas de craqueo, isomerización, reformado, deshidrociclización y desalquilación y logra un tiempo de permanencia muy corto, pero a una temperatura mucho más inferior que la utilizada en los reactores de craqueo a vapor convencionales. Al operar a temperaturas inferiores a las de los reactores de craqueo a vapor convencionales, la presente invención minimiza la formación de gases y coque. Puede apreciarse que las condiciones óptimas de conversión dependen de la calidad de la materia prima y las condiciones de funcionamiento se pueden variar para lograr el rendimiento y la química de producto deseados. Por ejemplo, cuando se procesan materias primas de elevado peso molecular, las condiciones de operación se pueden variar para maximizar el rendimiento de diésel, queroseno o nafta, o para controlar el grado de ciclación y aromatización.

El reactor de alta tasa 146 puede ser un reactor tubular, con el diámetro interior del tubo o tubos diseñado para mantener un flujo turbulento de la mezcla a lo largo de una zona de reacción. El flujo turbulento se produce con un número de Reynolds alto, es decir, la medida de la relación entre la fuerza inercial y las fuerzas viscosas, y está dominado por las fuerzas inerciales, que tienden a producir remolinos caóticos, vórtices y otras inestabilidades del flujo. Un número de Reynolds alto resulta en una alta velocidad de transferencia de calor y una mezcla íntima, y reduce la tasa de ensuciamiento del reactor. Se utiliza una combinación de un tiempo de permanencia corto y un número de Reynolds (Re) alto dentro del intervalo de 2000-100000 o incluso superior a 100000 en toda la zona de reacción.

En el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa 146, las moléculas de parafina de elevado peso molecular se craquean hidrotérmicamente en moléculas más pequeñas que presentan un punto de fluidez inferior y una viscosidad inferior. El producto pesado mejorado o efluente 148 de reactor se alimenta a través de una válvula de control de presión 150 donde forma un efluente 152 de reactor despresurizado. El efluente 152 de reactor despresurizado pasa a través de un sistema de filtro 154 que puede consistir en sistemas de filtración convencionales o simplemente en un tambor de extracción. Un efluente 156 de reactor filtrado se enfría parcialmente en el intercambiador 116 de calor para producir un flujo 158 de efluente de reactor parcialmente enfriado. El flujo 158 de efluente de reactor se alimenta después a un tambor de expansión 160, donde una porción de vapor 168 del efluente 158 de reactor se alimenta a la columna de rectificación 124 y la porción de fondos líquida 162 del efluente 158 de reactor se enfría mediante el intercambiador de calor 164 para formar el efluente 166 de reactor enfriado que después se combina con el producto de destilado 186 para formar un producto mejorado 188. Según una realización, el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa 146 es capaz de transferir una cantidad predeterminada de energía al producto pesado 144 (tal como calor y presión) tal que cuando el producto pesado mejorado o el efluente 148 de reactor se introduce en el sistema de separación 124, la cantidad predeterminada de energía (es decir, el efluente 148 de reactor se suministra a esta temperatura y presión predeterminadas) es suficiente para efectuar o suministrar suficiente energía a la columna de rectificación 124 para provocar la separación de la Fracción 170 de destilado y la fracción pesada 126. Se puede apreciar que la proporción del vapor efluente 168 de reactor y los<fondos líquidos>162<se puede controlar controlando la cantidad de calor eliminada por el intercambiador de calor 116.>También se puede apreciar que la porción 162 de fondos líquidos proporciona un flujo derivado para eliminar los compuestos refractarios pesados del flujo 158 de efluente del reactor y que el volumen y las propiedades de los fondos 162 pueden controlarse para cumplir con las especificaciones del producto mejorado.

Ahora se hace referencia a la figura 2, que muestra una vista esquemática del proceso de conversión de crudo de alto punto de fluidez, generalmente indicado como 200, para convertir la materia prima 202 con alto contenido de CCR en un producto mejorado, que está configurado para tratar las materias primas que presentan niveles altos de CCR causados por constituyentes, tales como asfaltenos o resinas. La fracción pesada 226 de la columna rectificadora 224 se alimenta a un Sistema 230 de desasfaltado para producir la fracción pesada 234 que presenta concentraciones reducidas de asfaltenos y resinas. El Sistema 230 de desasfaltado puede estar compuesto por sistemas de desasfaltado con disolventes convencionales o de destilación al vacío. Ambos procesos resultan en un pequeño flujo derivado 232 que contiene altos niveles de asfaltenos. El flujo derivado 232 se puede producir como un subproducto separado que se puede utilizar como un componente de mezcla de asfalto o una materia prima de coquización. Alternativamente, se puede añadir el flujo derivado 232 al producto mejorado (no se muestra), siempre que se puedan cumplir las especificaciones del producto.

Continuando con la referencia a la figura 2, el proceso 200 incluye proporcionar la materia prima 202 de alto CCR a un tanque de ecualización 204. La materia prima de alto punto de fluidez 206 sale del tanque de ecualización 204<y después se introduce en la bomba 208 para formar un flujo de alimentación presurizado>210<a una presión>suficiente para evitar la formación de hidrocarburos gaseosos durante el calentamiento posterior. El flujo de<alimentación presurizado>210<se puede calentar mediante un dispositivo de calentamiento, tal como un>intercambiador de calor 212, para formar un flujo de alimentación calentado 214 que puede calentarse aún más mediante un intercambiador de calor de efluente de alimentación 216 para formar un flujo de alimentación calentado adicionalmente 218. Como se indicaba anteriormente, puede apreciarse que el flujo de alimentación presurizado 210 y el flujo de alimentación calentado 214 se pueden calentar mediante cualquier proceso o dispositivo conocido y pueden incluir el intercambio con otros flujos de proceso para optimizar la eficiencia térmica global.

El flujo de alimentación calentado adicionalmente 218 de la materia prima de alto punto de fluidez se alimenta después<a través de una válvula de control de presión o un dispositivo de despresurización>220<para formar un flujo despresurizado>calentado 222 que después se introduce en la columna de rectificación o rectificadora 224. La columna de rectificación 224 produce una Fracción 270 de destilado y una fracción pesada 226. Como se ha descrito anteriormente, la fracción pesada 226 se alimenta al Sistema 230 de desasfaltado para producir la fracción pesada 234 que presenta concentraciones reducidas de asfaltenos y resinas. La Fracción 270 de destilado se enfría y se condensa en el condensador 272 para formar un producto de destilado condensado y enfriado 274. El producto de destilado enfriado 274 se alimenta a un separador de gas y líquido (GLS) 276 en donde se separa dando lugar a un gas combustible 278 y un flujo de aceite y agua 280, que se alimenta a un separador de aceite y agua 282. El separador de aceite y agua 282 produce un flujo de agua de proceso 290, un reflujo de destilado 284 y un producto de destilado 286. Las condiciones de la columna de rectificación 224 se controlan para producir un producto de destilado que, cuando se mezcla con la fracción de fondos 262 del tambor de expansión 260, resulta en un producto mejorado que cumple con las características de flujo y punto de fluidez requeridas. El flujo de agua de proceso 290 puede reciclarse a un tanque de ecualización de alimentación de agua 292. La alimentación de agua 294 sale del tanque de ecualización 292 y se introduce en la bomba 296, donde se presuriza para formar un flujo de agua a alta presión 298. La fracción pesada 234 del Sistema 230 de desasfaltado se presuriza mediante la bomba 236 para formar un flujo presurizado 238 y se combina con el flujo de agua a alta presión 298 para formar una fracción pesada y un flujo de alimentación presurizado por agua 240. El flujo de alimentación presurizado puede calentarse adicionalmente mediante el intercambiador de calor 242 para formar un flujo de alimentación calentado 244 que se introduce en el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa 246.

Como se ha descrito anteriormente, en el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa 246, las moléculas de parafina de elevado peso molecular se craquean hidrotérmicamente en moléculas más pequeñas que presentan un punto de fluidez inferior y una viscosidad inferior. El efluente 248 de reactor se alimenta a través de una válvula de control de presión 250 donde forma un efluente 252 de reactor despresurizado. El efluente 252 de reactor despresurizado pasa a través de un sistema de filtro 254 que puede consistir en sistemas de filtración convencionales, o simplemente en un tambor de extracción para formar un efluente 256 de reactor filtrado. El efluente 256 de reactor filtrado se enfría parcialmente en el intercambiador 216 de calor para producir un flujo 258 de efluente de reactor parcialmente enfriado. El flujo 258 de efluente de reactor se alimenta después al tambor de expansión 260, donde la porción de vapor 268 del efluente de reactor se alimenta a la columna de rectificación 224 y la porción de fondos líquida 262 del efluente 258 de reactor se enfría mediante el intercambiador de calor 264 para formar el efluente 266 de reactor enfriado que después se combina con el producto de destilado 286 para formar un producto mejorado.

Ahora se hace referencia a la figura 3, que muestra una vista esquemática del proceso y sistema de reducción del punto de fluidez generalmente indicado como 300 para convertir las materias primas de alto punto de fluidez y bajo CCR en un producto mejorado. La materia prima virgen 302 de bajo CCR se introduce en un tanque de ecualización 304 para formar la materia prima de alto punto de fluidez 306, que después se introduce en la bomba 308 para formar un flujo de alimentación presurizado 310, se precalienta en el sistema intercambiador de calor 312 para formar el flujo de alimentación calentado 314, se calienta aún más en el intercambiador de calor 316 para formar un flujo de alimentación calentado adicionalmente 318 y se alimenta a través de una válvula de control de presión 320, lo que produce el flujo de materia prima 322 que se introduce en el rectificador columna de rectificación 324. El flujo de materia prima 322 se divide en una fracción de destilado 370 y una fracción pesada 326. La fracción de destilado 370 se alimenta a través del intercambiador de calor 372 para formar el flujo 374, que posteriormente se alimenta a través de un condensador o acumulador 376 para formar el gas combustible 378. Una primera porción o flujo de reflujo 380 del gas combustible 378 se devuelve después a la columna rectificadora 324 para aumentar la separación de las fases en la misma y una segunda porción o fracción de destilado 382 se combina con el efluente 386 de reactor para formar el producto mejorado 388. La fracción pesada 326 se presuriza mediante la bomba 336 para formar una alimentación presurizada 338 que se combina con un flujo de alimentación de agua a alta presión 398 para formar una fracción pesada y un flujo de alimentación presurizado por agua 340. La fracción pesada y el flujo de alimentación presurizado por agua 340 se pueden calentar adicionalmente mediante el intercambiador de calor 342 para formar un flujo de alimentación calentado 344 que se introduce en el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa 346.

Un efluente 348 de reactor se alimenta a través de una válvula de control de presión 350 donde forma un efluente 352 de reactor despresurizado. El efluente 352 de reactor despresurizado pasa a través de un sistema de filtro 354 que puede consistir en sistemas de filtración convencionales o simplemente en un tambor de extracción. El efluente 356 de reactor filtrado se puede enfriar en el intercambiador de calor 316 para producir un flujo 358 de efluente del reactor parcialmente enfriado que se puede enfriar adicionalmente mediante el intercambiador de calor 360. Se puede apreciar que hay suficiente calor disponible en el flujo de efluente 356 de reactor para proporcionar energía para el funcionamiento de la columna de rectificación 324. También se puede apreciar que la recuperación de calor puede incluir el intercambio con otros flujos de proceso para optimizar la eficiencia térmica general.

El efluente 362 de reactor enfriado se alimenta al separador de gas y líquido 364 para separar un gas combustible 366 de una fracción líquida 368 que después se alimenta a un separador de aceite y agua 383 para separar el agua 390 del efluente 386 de reactor. El agua procesada 390 se puede reciclar al tanque de ecualización de agua 392. Una alimentación de agua 394 sale del tanque de ecualización 392 y se introduce en la bomba 396 para formar el flujo de alimentación de agua a alta presión 398. El efluente 386 de reactor, que es la fracción de fondos mejorada, se combina con la fracción 382 de destilado para formar el producto mejorado 388.

Ahora se hace referencia a la figura 4, que muestra una vista esquemática del proceso y sistema de conversión de crudo de alto punto de fluidez generalmente indicado como 400 para convertir la materia prima 402 con alto contenido de CCR en un producto mejorado, configurado para tratar materias primas que presentan niveles altos de CCR causados por constituyentes, tales como asfaltenos o resinas. La fracción pesada 426 de la columna rectificadora 424 se alimenta a un sistema 430 de desasfaltado para producir la fracción pesada 434 que presenta concentraciones reducidas de asfaltenos y resinas. El sistema 430 de desasfaltado puede estar compuesto por sistemas de desasfaltado con disolventes convencionales o de destilación al vacío. Ambos procesos resultan en un pequeño flujo derivado 432 que contiene altos niveles de asfaltenos. El flujo derivado 432 se puede producir como un subproducto separado que se puede utilizar como un componente de mezcla de asfalto o una materia prima de coquización. Alternativamente, se puede añadir el flujo derivado 432 al producto mejorado 488, siempre que se puedan cumplir las especificaciones del producto.

Continuando con la referencia a la figura 4, el proceso y el sistema 400 incluyen proporcionar una materia prima 402 de alto CCR a un tanque de ecualización 404. La materia prima de alto punto de fluidez 406 sale del tanque de ecualización 404 y se introduce después en la bomba 408 para formar un flujo de alimentación presurizado 410 a una presión suficiente para evitar la formación de hidrocarburos gaseosos durante el calentamiento posterior. El flujo de alimentación presurizado 410 se puede calentar mediante un dispositivo de calentamiento, tal como un intercambiador de calor 412, para formar un flujo de alimentación calentado 414 que puede calentarse aún más mediante un intercambiador de calor de efluente de alimentación 416 para formar un flujo de alimentación calentado adicionalmente 418. Como se indicaba anteriormente, puede apreciarse que el flujo de alimentación presurizado 410 y el flujo de alimentación calentado 414 se pueden calentar mediante cualquier proceso o dispositivo conocido y pueden incluir el intercambio con otros flujos de proceso para optimizar la eficiencia térmica global.

El flujo de alimentación calentado adicionalmente 418 de la materia prima de alto punto de fluidez se alimenta después a través de una válvula de control de presión o un dispositivo de despresurización 420 para formar un flujo despresurizado calentado 422 que después se introduce en la columna de rectificación 424. La columna de rectificación 424 produce una Fracción 470 de destilado y una fracción pesada 426. Como se ha descrito anteriormente, la fracción pesada 426 se alimenta al sistema 430 de desasfaltado para producir la fracción pesada 434 que presenta concentraciones reducidas de asfaltenos y resinas. De manera similar al sistema 200 mostrado en la figura 2, el sistema 430 de desasfaltado puede estar compuesto por sistemas convencionales de desasfaltado con disolventes o destilación al vacío y ambos procesos resultan en un pequeño flujo derivado 432 que contiene altos niveles de asfaltenos. El flujo derivado 432 se puede producir como un subproducto separado que se puede utilizar como un componente de mezcla de asfalto o una materia prima de coquización. Alternativamente, se puede añadir el flujo derivado 432 al producto mejorado 488, siempre que se puedan cumplir las especificaciones del producto.

Una Fracción 470 de destilado se enfría y se condensa en el condensador 472 para formar un producto de destilado condensado y enfriado 474. El producto de destilado enfriado 474 entra en un condensador o acumulador 476 para formar gas combustible 478. Una primera porción o flujo de reflujo 480 del gas combustible 478 se devuelve después a la columna de rectificación 424 para aumentar la separación de las fases en la misma y una segunda porción o fracción de destilado 482 se combina con el efluente 486 de reactor, como se explica en mayor detalle a continuación, para formar el producto mejorado 488.

La fracción pesada 434 del sistema 430 de desasfaltado se presuriza mediante la bomba 436 para formar un flujo presurizado 438 y se combina con un flujo de agua a alta presión 498 para formar una fracción pesada y un flujo de alimentación presurizado por agua 440. El flujo de alimentación presurizado puede calentarse adicionalmente mediante el intercambiador de calor 442 para formar un flujo de alimentación calentado 444 que se introduce en el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa 446.

Un efluente 448 de reactor se alimenta a través de una válvula de control de presión o un dispositivo de despresurización 450 donde forma un efluente 452 de reactor despresurizado. El efluente 452 de reactor despresurizado pasa a través de un sistema de filtro 454 que puede consistir en sistemas de filtración convencionales, o simplemente en un tambor de extracción para formar un efluente 456 de reactor filtrado. El efluente 456 de reactor filtrado se puede enfriar parcialmente en el intercambiador 416 de calor para producir un flujo 458 de efluente de reactor parcialmente enfriado. El flujo de efluente 458 de reactor se alimenta después a un intercambiador de calor 460 donde se enfría adicionalmente. El efluente 462 de reactor enfriado se alimenta a un separador de gas y líquido 464 para separar el gas combustible 466 de la fracción líquida 468 que después se alimenta a un separador de aceite y agua 483 para separar el agua 490 del efluente 486 de reactor. El agua de proceso 490 se puede reciclar al tanque de ecualización de agua 492. Una alimentación de agua 494 sale del tanque de ecualización 492 y se introduce en la bomba 496 para formar el flujo de alimentación de agua a alta presión 498 que se combina con un flujo presurizado 438 de la fracción pesada 434 del sistema 430 de desasfaltado. El efluente 486 de reactor, que es la fracción de fondos mejorada, se combina con la fracción 482 de destilado para formar el producto mejorado 488.

Ejemplos

Ejemplo 1: Reducción del punto de fluidez del petróleo crudo de cera amarilla

El petróleo crudo de cera amarilla de la cuenca de Uinta en Utah fue la materia prima para una demostración piloto del proceso de reducción del punto de fluidez según el sistema representado en la figura 3. La materia prima de cera amarilla presentó un CCR bajo, un punto de fluidez de aproximadamente 43 °C (109 °F) y una gravedad específica de 0,815 (gravedad API = 42,1). La Tabla 1 proporciona la composición aproximada de la materia prima por puntos de ebullición. La fracción que se destiló por debajo de 343 °C (650 °F) fue aproximadamente el 40 % de la alimentación de crudo y representó la fracción de destilado de bajo punto de fluidez que no requirió reducción del punto de fluidez. La fracción que bulló por encima de 343 °C fue aproximadamente el 60 % de este crudo y representó la fracción pesada que requirió una reducción del punto de fluidez mediante conversión en el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa.

Tabla 1. Composición de la materia prima de cera amarilla

*PEI = punto de ebullición inicial ;;Para este ejemplo, se configuró un sistema piloto de flujo continuo, como se muestra en la figura 3. En esta configuración, la materia prima (flujo 322) se fraccionó en fracciones de destilado (370) y pesado (326) y la fracción pesada se alimentó al sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa (346). La fracción de destilado enfriada (382) y la fracción pesada mejorada enfriada (386) se recombinaron después para formar el producto mejorado (388). La capacidad nominal de procesamiento del sistema piloto era de aproximadamente 5 barriles/día (795 l/día). La columna de destilación para este proceso era una columna parcialmente empaquetada, de 6 pulgadas (15,24 cm) de diámetro por 8 pies (244 cm) operada con reflujo para mejorar la separación del destilado y las fracciones pesadas. Esta columna separó eficazmente las dos fracciones según los datos de destilación simulados que se muestran en la Tabla 2, realizados en un cromatógrafo de gases que indica la temperatura a la que se destiló cada fracción. Los datos de la Tabla 2 demuestran que la fracción de destilado contenía principalmente productos ligeros (ebullición a 343 °C y menos), mientras que la fracción pesada contenía principalmente productos pesados (ebullición a 324 °C y más). ;Tabla 2. Resultados de destilación simulados para fracciones destiladas y pesadas ; ;; *PEF = punto de ebullición final

Se proporciona un resumen de los caudales del flujo del proceso y las condiciones de operación del sistema en la Tabla 3. En este ejemplo, la fracción pesada real fue de aproximadamente el 60 % (en volumen) de la alimentación. La relación en volumen de agua a aceite en la alimentación combinada (344) fue de 0,31. La relación en peso equivalente de agua a aceite fue de 0,375.

Tabla 3. Resumen de las condiciones de operación

3200 psig = 22,06 MPa; 3500 psig = 24,13 MPa

200 pies = 5,66 m3

1 barril = 0,16 m

La Tabla 4 proporciona un resumen que compara las propiedades de la alimentación de cera amarilla y del producto mejorado.

Tabla 4. Propiedades de la materia prima y del producto mejorado

La fracción de VGO de la alimentación de cera amarilla se redujo de aproximadamente un 60 % a solo un 10 % en el producto mejorado. La fracción de queroseno/diésel se incrementó de aproximadamente el 32 % en la alimentación de cera amarilla a aproximadamente el 57 % en el producto mejorado. Lo que es más importante, el punto de fluidez de la alimentación de cera amarilla se redujo de aproximadamente 43 °C a menos de 0 °C. Se puede apreciar que, para cualquier materia prima dada, la proporción de destilado y fracciones pesadas y las condiciones de operación del reactor hidrotérmico de alta tasa pueden manipularse para producir un producto mejorado que presente cualquier punto de fluidez deseado.

Por añadidura, la reducción del punto de fluidez se puede lograr con una pérdida de rendimiento limitada. En el Ejemplo 1, la pérdida de rendimiento del producto líquido debida a la producción de gas combustible (200 SCFB) equivalía a aproximadamente el 7 % en peso de la materia prima. Sin embargo, dado que el peso específico de la materia prima fue de 0,815 y el peso específico del producto fue de 0,77, el rendimiento real fue de aproximadamente el 98,4 % en volumen.

Ejemplo 2: Reducción del punto de fluidez del petróleo crudo de cera amarilla

El petróleo crudo de cera amarilla de la cuenca de Uinta en Utah fue la materia prima para una demostración piloto del proceso de reducción del punto de fluidez según el sistema representado en la figura 1. La materia prima de cera amarilla presentó un residuo de carbono de Conradson (CCR) bajo, un punto de fluidez de aproximadamente 40 °C (104 °F) y una gravedad específica de 0,782 (gravedad API = 49,4). La Tabla 5 proporciona la composición aproximada de la materia prima por punto de ebullición. La fracción que se destiló por debajo de 343 °C (650 °F) representó aproximadamente el 44,8 % de la alimentación de crudo y representó la fracción de destilado de bajo punto de fluidez que no requirió reducción del punto de fluidez. La fracción que bulló por encima de 343 °C (650 °F) fue aproximadamente el 55,2 % de este crudo y representó la fracción pesada que requirió una reducción del punto de fluidez mediante conversión en el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa.

Tabla 5. Composición de la materia prima de cera amarilla

Se configuró un sistema piloto de flujo continuo, como se muestra en la figura 1. En esta configuración, la materia prima (flujo 122) se coalimentó con la fracción pesada mejorada (168) a la columna de rectificación (124) para producir una fracción de destilado (170) y una fracción pesada (126). La fracción de destilado se enfrió, se condensó y el gas combustible y el agua se separaron para producir el producto de destilado primario (186). El producto de destilado representa la fracción de destilado de la materia prima y la fracción de destilado del producto de fondos mejorado. La fracción pesada (126) estaba compuesta por la fracción pesada de la materia prima y la fracción pesada del producto de fondos no convertido. Parte de la fracción pesada del reactor de alta tasa se produjo en forma de flujo derivado (162). La fracción del fondos se mezcló después con agua y se introdujo en el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa (146). La columna de rectificación (124) para este proceso era una columna parcialmente empaquetada, de 6 pulgadas de diámetro por 8 pies, operada con reflujo para mejorar la separación del destilado y las fracciones pesadas.

Se proporciona un resumen de los caudales del flujo del proceso y las condiciones de operación del sistema para el Ejemplo 2 en la Tabla 6. La relación en volumen de agua a aceite en la alimentación combinada (144) fue de 0,4. La relación en peso equivalente de agua a aceite fue de 0,5.

Tabla 6. Resumen de las condiciones de operación

3200 psig = 22,06 MPa; 3500 psig = 24,13 MPa

200 pies = 5,66 m3

1 barril = 0,16 m

La Tabla 7 proporciona un resumen que compara las propiedades de la alimentación de cera amarilla y del producto mejorado. La fracción de VGO de la alimentación de cera amarilla se redujo de un 55,2 % a solo un 24,2 % en el producto mejorado. La fracción de queroseno/diésel se incrementó del 32,2 % en la alimentación de cera amarilla al 51,2 % en el producto mejorado. Lo que es más importante, el punto de fluidez de la alimentación de cera amarilla se redujo de aproximadamente 40 °C a menos de -12 °C. Se puede apreciar que, para cualquier materia prima dada, la proporción de destilado y fracciones pesadas y las condiciones de operación del reactor hidrotérmico de alta tasa pueden manipularse para producir un producto mejorado que presente cualquier punto de fluidez deseado.

Tabla 7. Propiedades de la materia prima y del producto mejorado

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES

   i. Un proceso de flujo continuo para convertir una materia prima orgánica de alto punto de fluidez en un producto mejorado que comprende:

   proporcionar una materia prima orgánica de alto punto de fluidez, en donde la materia prima orgánica de alto punto de fluidez tiene una temperatura de punto de fluidez superior a 10 °C (50 °F);

   introducir la materia prima orgánica de alto punto de fluidez en un sistema de separación para producir una fracción de destilado y una fracción pesada;

   introducir la fracción pesada del sistema de separación en un sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa que funcione en condiciones de agua supercrítica y con un número de Reynolds (Re) dentro del intervalo de 2000 - 100000, en donde la fracción pesada se mantiene en el reactor durante un tiempo de permanencia de menos de un minuto para producir una fracción pesada mejorada; y

   despresurizar la fracción pesada mejorada que sale del sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa, filtrar la fracción pesada mejorada despresurizada, alimentar la fracción pesada mejorada filtrada a un intercambiador de calor de alimentación-efluente, enfriar la fracción pesada mejorada filtrada, alimentar la fracción pesada mejorada filtrada enfriada a uno o más separadores para eliminar el gas combustible y el agua a partir de la misma y combinar la fracción pesada mejorada que sale de uno o más separadores con la fracción de destilado para formar el producto mejorado sin la producción de subproductos líquidos.
2. 2. El proceso de la reivindicación 1, en donde el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa transfiere una cantidad predeterminada de energía a la fracción pesada mejorada, de tal modo que cuando se introduce la fracción pesada mejorada en el sistema de separación, la cantidad predeterminada de energía es suficiente para efectuar la separación de la fracción de destilado y la fracción pesada.
3. 3. El proceso de la reivindicación 1 o 2, que comprende además mezclar la fracción pesada del sistema de separación con una mezcla de agua y agua-aceite para producir una mezcla de fracciones pesadas y alimentar la mezcla de fracciones pesadas al sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa,

   en donde la relación en peso de agua a aceite en el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa está preferiblemente entre 1:20 y 1:1 o entre 1:10 y 1,2; y/o

   en donde la fracción pesada y la mezcla de aceite y agua se calientan preferiblemente en el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa a una temperatura entre 400 °C y 600 °C o a una temperatura entre 450 °C y 550 °C; y/o

   en donde el proceso comprende preferiblemente separar el agua de la fracción de destilado o de la fracción pesada mejorada para recuperar agua para su reciclaje y combinarla con la fracción pesada; y/o

   en donde el proceso comprende preferiblemente mantener la temperatura y la presión de la mezcla de agua y fracciones pesadas en el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa durante un tiempo suficiente para producir una fracción pesada mejorada que tenga un punto de fluidez bajo, manteniéndose preferiblemente la presión en el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa entre 1500 psig (10,44 MPa) y 6000 psig (41,46 MPa) o entre 3000 psig (20,78 MPa) y 4000 psig (27,68 MPa).
4. 4. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde la materia prima orgánica de alto punto de fluidez se selecciona del grupo que consiste en petróleo crudo, bitumen de arenas bituminosas, petróleo de esquisto bituminoso, crudos cerosos que incluyen cera amarilla y cera negra, fracciones de aceite de petróleo, crudos sintéticos y mezclas de los mismos, en donde los crudos sintéticos comprenden preferiblemente cera del proceso de Fischer-Tropsch.
5. 5. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el sistema de separación funciona a una presión positiva neta de 2 psig (0,014 MPa) a 30 psig (20,68 MPa) y comprende al menos uno de uno o más tambores de expansión, una o más columnas de rectificación, una o más columnas de destilación o cualquier combinación de los mismos.
6. 6. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además proporcionar uno o más condensadores para condensar la fracción de destilado del sistema de separación para producir gas combustible y un flujo de reflujo, en donde una primera porción del flujo de reflujo se introduce en el sistema de separación,

   en donde una segunda porción del flujo de reflujo se combina preferiblemente con una porción de la fracción pesada mejorada del reactor hidrotérmico de alta tasa para producir el producto mejorado,

   en donde preferiblemente no se producen subproductos líquidos.
7. 7. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además tratar la fracción pesada del sistema de separación en un proceso de desasfaltado para eliminar los precursores de coque de las materias primas que presentan un alto contenido de residuo de carbono de Conradson (CCR) antes de que se alimente la fracción pesada al sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa.
8. 8. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además tratar la fracción pesada del sistema de separación en un proceso de desasfaltado para eliminar los precursores de coque de las materias primas que presentan un alto contenido de residuo de carbono de Conradson (CCR) antes de que se alimente la fracción pesada al sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa.
9. 9. Un sistema de flujo continuo para convertir una materia prima orgánica de alto punto de fluidez en un producto mejorado que comprende:

   un sistema de separación para recibir materia prima orgánica de alto punto de fluidez y para separar la materia prima orgánica de alto punto de fluidez en una fracción de destilado y una fracción pesada;

   un sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa para recibir la fracción pesada del sistema de separación y convertir la fracción pesada en una fracción pesada mejorada con un tiempo de permanencia inferior a un minuto,

   en donde el sistema comprende además un dispositivo de despresurización para despresurizar la fracción pesada mejorada que sale del sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa, un filtro para filtrar la fracción pesada mejorada despresurizada, un intercambiador de calor de alimentaciónefluente para enfriar la fracción pesada mejorada filtrada, uno o más separadores para separar el gas combustible y el agua de la fracción pesada mejorada, en donde la fracción pesada mejorada que sale de uno o más separadores se combina con la fracción de destilado para formar el producto mejorado sin la producción de subproductos líquidos.
10. 10. El sistema de la reivindicación 9, en donde el sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa está configurado para funcionar a una temperatura y presión a fin de transferir una cantidad predeterminada de energía a la fracción pesada, tal que cuando se introduce el producto pesado mejorado en el sistema de separación, la cantidad predeterminada de energía es suficiente para efectuar la separación de la fracción de destilado y la fracción pesada.
11. 11. El sistema de la reivindicación 9 o 10, que comprende además un dispositivo de desasfaltado para tratar la fracción pesada que sale del sistema de separación para eliminar los precursores de coque de las materias primas que presentan un alto contenido de residuo de carbono de Conradson (CCR) antes de que se alimente la fracción pesada al sistema de reactor hidrotérmico de alta tasa y en donde el dispositivo de desasfaltado comprende un dispositivo de desasfaltado con disolvente y un dispositivo de destilación al vacío.