MX2014004573A - Metodos mejorados para desasfaltado con solvente de hidrocarburos. - Google Patents

Abstract

Se han desarrollado mejoras a procesos de desasfaltado con solvente (SDA = Solvent Deasphalting) de técnica abierta, para reducir costos de capital y costos operativos para procesar corrientes de hidrocarburos con lo que el esquema SDA de técnica abierta se modifica para incluir precipitadores habilitados para mezclar (MEP's = mixing-enabled precipitators) apropiadamente habilitados para reducir los requerimientos de uso de solventes en una etapa de separación de asfalteno y para aumentar la confiabilidad general de procesos SDA, particularmente conveniente para betún canadiense. Cuando se integra con una planta de craqueo térmico suave, la mejor configuración de SDA mejora además el rendimiento del crudo listo para transporte en tubería sin diluyente adicional y para uso en descongestionar instalaciones existentes tales como plantas de hidrocraqueo de residuos y unidades de coquificación.

Description

MÉTODOS MEJORADOS PARA DESASFALTADO CON SOLVENTE DE HIDROCARBUROS Esta solicitud reclama el beneficio de la Solicitud de Patente Provisional de los E.U.A. Número de Serie 61/548,915 presentada en octubre 19, 2011.

CAMPO DE LA INVENCIÓN: Esta invención tiene que ver con mejorar el betún producido, con enfoque en (pero no limitado a) betún canadiense, por un proceso de posproducción novedoso mejorando en particular el desasfaltado.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA PREVIA: Esquemas SDA de la Téenica Previa: El desasfaltado con solvente ("SDA = Solvent Deasphalting") es un proceso empleado en refinería de petróleo para extraer componentes valiosos de aceite residual de una operación previa. Los componentes extraídos además pueden ser procesados en refinerías en donde se craquean y convierten en fracciones más ligeras valiosas tales como gasolina y diésel. Materiales de alimentación de aceite residual convenientes que pueden emplearse en procesos de desasfaltado con solvente incluyen por ejemplo fondos de torre atmosférica, fondos de torre al vacío, petróleo crudo, petróleos crudos destilados, extracto de aceite de alquitrán, petróleo de esquistos y aceites recuperados de arenas petrolíferas.

Procesos de desasfaltado con solvente son bien conocidos y descritos, con muchos en la téenica abierta, por ejemplo en la Patente de los E.U.A. Número 2,850,431 de Smith, la Patente de los E.U.A. Número 3,318,804 de Van Pool, la Patente de los E.U.A. Número 3,516,928 de King et al, la Patente de los E.U.A. Número 3,714,033 de Somekh et al, la Patente de los E.U.A. Número 3,714,034 de Kosseim et al, la Patente de los E.U.A. Número 3,968,023 de Yan, la Patente de los E.U.A. Número 4,017,383 de Beavon, la Patente de los E.U.A. Número 4,125,458 de Bushnell et al, y la Patente de los E.U.A. Número 4,260,476 de Vidueira et al todas las cuales se beneficiarán de adicionales características de ahorros de energía y mejora en desempeño que pueden reducir la proporción de solvente a petróleo y/o mejorar la recuperación de los productos hidrocarburos deseados.

Tratamiento de Corrientes Ubicadas en Asfalteno Generadas por SDA en la Técnica Previa: En la patente de los E.U.A. Número 4,421,639 un proceso SDA utiliza un segundo extractor de asfalto para concentrar material de asfalteno (y recuperar más aceite desasfaltado). Una corriente de asfalto concentrada con agregado solvente se envía a través de un calentador que eleva la temperatura de la corriente a 218.3°C (425°F) a 0.1241 mPa absolutos (18 psia), y se envía entonces a un extractor con vapor y tambor de evaporación instantánea para separar solvente (en este caso propano) de la corriente de asfalto. El producto de asfalto en forma liquida se bombea al almacenamiento. Este arreglo sólo funciona si la corriente rica en asfalto es liquida en estas condiciones. Tiene carga por taponamiento o atasco si cualesquiera asfáltenos sólidos apreciables están presentes como en corrientes ricas en asfalteno como betún y el proceso tiene un alto requerimiento de solvente.

En la Patente de los E.U.A. Número 3,847,751, asfáltenos concentrados producidos a partir de una unidad SDA, se mezclan con solvente y transportan como una solución líquida en un secador por rocío. El diseño de boquilla de rocío y la caída de presión en el secador determinan el tamaño de las gotitas de líquido que se forman. Entre más pequeña sea la gotita de hidrocarburo ligero (solvente), más rápido se evaporará instantáneamente por completo en vapor. Entre más pequeña sea la partícula de hidrocarburo pesado (asfalteno) más área superficial por volumen/masa disponible para transferencia térmica por radiación y conducción para enfriar las gotitas pesadas. La meta en el secador es producir partículas de asfalteno sólido no pegajosas secas. Gas frío se agrega al fondo del secador por rocío para mejorar el enfriamiento por adicional transferencia térmica de convección y conductiva asi como incrementar el tiempo de residencia de gotita al frenar la velocidad de descenso de gotita (mediante flujo de gas de enfriamiento ascendente) a fin de reducir el tamaño del recipiente (que tiende a ser extremadamente grande). Este arreglo no es factible si las partículas de asfalteno que se han sedimentado en el extractor están en forma sólida en el solvente a la temperatura de operación del proceso. Partículas sólidas taponan la boquilla del secador por rocío limitando la conflabilidad y de esta manera viabilidad de este esquema en corrientes ricas en asfalteno sólido.

En la Patente de los E.U.A. Número 4,278,529, se describe un proceso para separar un solvente de un material bituminoso por producción con presión sin arrastre de material bituminoso. Un material de alimentación en una fase de tipo fluido que comprende material bituminoso y solvente se somete a un proceso de reducción con presión por paso a través de una válvula de reducción de presión y después se introduce en un extractor con vapor. El proceso de reducción con presión evapora parte del solvente y también dispersa una nebulización de partículas bituminosas finas en el solvente. El asfalteno restante permanece húmedo y pegajoso y no tiene suficiente solvente restante para mantener fluida la fase bituminosa pesada (con muchos sólidos).

La PPaatteennttee de los E:U.A. Número 4,572,781 describe un proceso SDA para separar sustancialmente asfalteno secos de material hidrocarburo de alto punto de ablandamiento (temperatura) de pesado, utilizando un decantador centrifugo para separar una fase liquida de un fango altamente concentrado de asfáltenos sólidos. Este proceso se diseña para manejar una corriente de asfalteno rica que tiene partículas sólidas pero es un proceso altamente costoso ya que la separación de los sólidos se realiza a través de una separación de sólido/líquido con solvente adicional requerido para hacer que el material fluya el decantador. El material sólido todavía está relativamente húmedo una vez separado y requiere una etapa de secado adicional para recuperar el solvente como un vapor. El vapor del solvente recuperado entonces requiere ser condensado para reutilización, que es otra etapa de alta energía que contribuye a la complejidad.

En la Patente de los E.U.A. Número 7,597,794, se introduce un solvente de dispersión en una corriente de asfalto después de separación por extracción con solvente y la solución de asfalto resultante se somete a rápido cambio en un separador de gas-sólido y se dispersa en partículas sólidas y vapor de solvente, resultando en separación a baja temperatura de asfalto y solvente con tamaño ajustable de las partículas de asfalto. El reto con secadores de evaporación instantánea/rocío tal es como se describe aquí utilizando un solvente líquido como medio de transporte es la propensión de los asfáltenos generados en el proceso integrado a permanecer humectados antes, durante o después de una fase de secado por evaporación instantánea. Además, con este proceso integrado, el asfalteno continúa licuándose a temperaturas elevadas. El asfalteno húmedo se pega a las superficies e incrusta y tapona equipo de proceso. La confiabilidad reducida inherente en este enfoque hace estas operaciones costosas para crudos pesados con alto contenido asfalténico.

En la Patente de los E.U.A. Número 7,964,090 se describe un método para mejorar crudos asfalténicos pesados utilizando SDA y gasificación. Una corriente a un gasificador se genera al mezclar hidrocarburos que comprenden uno o más asfáltenos y uno o más no asfáltenos con un solvente, en donde la proporción de solvente a hidrocarburo es de aproximadamente 2:1 a aproximadamente 10:1. La corriente rica en asfáltenos resultante se transfiere fuera de SDA a un gasificador como un líquido. Las grandes cantidades de solvente empleado en transporte se consumen en el gasificador y empobrecen en valor a un equivalente de gas combustible. Ya que los asfáltenos tienden a ser líquidos, utilizar un solvente para transportar el material en las cantidades establecidas es factible. Para un asfalteno sólido, este método requerirá 10-20 veces más solvente para transporte y la alta cantidad de solvente costoso sería consumida en el proceso y su valor se reduce.

En la Patente de los E.U.A. Número 4,572,781, se describe un proceso para separar asfáltenos sustancialmente secos de material hidrocarburo pesado utilizando solventes. Dos etapas de extracción de líquido (decantadores) para producir un producto DAO seguido por transporte por tornillo transportador del fango de asfalteno, y dos etapas de separación de sólido-vapor en un secador de rocío y separador para generar asfalteno secos del alcance de la patente. La patente es instructiva y educativa ya que el concepto de generar un subproducto de asfalteno seco es factible en el proceso de producción de DAO. Sin embargo, el proceso está cargado por las muchas etapas de proceso requeridas para obtener tanto el producto DAO como el producto de asfalteno seco. Además, las condiciones de operación requeridas para generar los asfáltenos sólidos en la etapa de decantado no funcionan para betún canadiense. En las condiciones descritas en la patente, (<150°C), betún canadiense ya se ha convertido o separado térmicamente en un fraccionador corriente arriba, no fluirá ni taponará el sistema. En una modalidad alterna, la Patente de los E.U.A. Número '781 reemplaza el secador por rocío con un evaporador y agrega agua/surfactante al proceso para ayudar en separar el solvente. No se realizan ahorros en etapas de proceso y un material adicional se agrega incrementando la complejidad de la operación.

Esquemas SDA en Refinado y Mejora en la Téenica Previa: En la patente de los E.U.A. Número 7,749,378, se aplica un proceso SDA de Extracción Super Critica con Aceite Residual (ROSE = Residual Oil Supercritical Extraction) a un residuo atmosférico o corriente de residuos de fondos de vacio dentro de una refinería o unidad de valorización. La corriente rica en asfáltenos separada de la unidad ROSE SDA es una solución líquida que es muy pegajosa y requiere condiciones de operación extremas (altas temperaturas) y agregar un solvente para facilitar el flujo del material de alimentación a través del equipo de proceso que es muy intenso y costoso. Este proceso no pone a los asfáltenos sólidos a través de un proceso de piezopirólisis o craqueo térmico ligero y de esta manera no convierte los asfáltenos de pegajosos a una textura crocante, y se basa primordialmente en exceso de solvente para transportar la corriente de asfalteno en una forma diluida.

La modalidad objetivo del proceso ROSE SDA descrito requiere cuando menos proporción de 4:1 de solvente a aceite (residuo) (por masa) y temperaturas de operación del extractor en el intervalo de 48.89°C a 204.4°C (300°F a 400°F). En la práctica, la temperatura debe ser incluso superior o el flujo de solvente debe incrementarse a fin de evitar que la corriente rica en asfalteno tapone el proceso. En esta configuración, una gran porción del material de alimentación original se empobrece del crudo y se envia a baja conversión (es decir, coquificador, gasificación) u operación de bajo valor (planta de asfalto) reduciendo el rendimiento económico total del crudo (además de la intensidad del proceso relativamente alta de la operación).

La Conveniencia de Esquemas de Craqueo de Hidrocarburos Integrado y SDA: Se han descrito procesos para convertir y/o acondicionar corrientes de hidrocarburos pesados (por ejemplo betún de arenas petrolíferas) en crudo aceptable en refinería y transportable por tubería. Vale la pena notar, que la piezopirólisis o craqueo térmico, craqueo catalítico, desasfaltado con solvente y combinaciones de todos estos tres (por ejemplo, reducción de viscosidad por craqueo térmico y desasfaltado con solvente) se han propuesto para convertir betún para mejorar sus características para transporte y uso como un material de alimentación de refinería.

Los beneficios de la invención descrita a continuación pueden comprenderse en el contexto de la operación de la unidad de piezopirólisis o craqueo térmico anotada en la Patente de los E.U.A. Número 7,976,695 y un ejemplo generado al integrar la operación de esa unidad de piezopirólisis térmica ('695) con un SDA en la Solicitud de Patente de los E.U.A. Número de Serie 13/037185.

La Figura A muestra el arreglo de dos tipos de moléculas de asfalteno. Estas moléculas son complejas con largas cadenas laterales que exhiben el alto peso molecular de las moléculas de hidrocarburo-betún y la gran tendencia a coquificar como se anotó por los altos números de residuo de micro-carbón (MCR = Micro-Carbon Residue).

Además, estas cadenas laterales largas fácilmente enmarañan con otras moléculas similares para hacer grumos pegajosos inmanejables grandes. Agregar calor directo, intenso, instantáneo a estos grumos pegajosos genera cantidades sustanciales de coque y gases ligeros. Rápido enfriamiento crea reacciones de condensación que generan asfáltenos complejos configurados de manera diferente con largas cadenas laterales que son igualmente difíciles de manejar corriente abajo en el procesamiento.

Figura A - Estructuras moleculares promedio que representan moleculas de asfalteno de diferentes fuentes : A asfáltenos de crudos pesados tradicionales ; B, asfáltenos de betún canadiense (Sheremata et al . , 2004) .

Una unidad de piezopirólisis térmica ligera controlada crea un asfalteno térmicamente afectado que disocia las largas cadenas laterales de las moléculas de betún, de manera tal retiene la estructura núcleo de la molécula, lo que semeja una partícula de coque inerte. Las resinas, que normalmente solubilizan los asfáltenos, también se afectan térmicamente, resultando en una reducción de solubilidad de asfalteno, permitiendo precipitación. Una vez precipitadas, las partículas de estos asfáltenos modificados permanecen sólidas a temperaturas elevadas. Las cadenas laterales disociadas cuando se separan se vuelven primordialmente moléculas liquidas de hidrocarburo ligero que cuando se· capturan pueden incrementar el rendimiento económico total de crudo listo para transporte en tubería.

En la Patente de los E.U.A. Número 4,454,023, se describe un proceso para el tratamiento de petróleo de hidrocarburos viscosos pesados, el proceso comprende las etapas de: reducción de viscosidad por craqueo térmico del aceite o del petróleo; al fraccionar el aceite reducido en viscosidad; desasfaltar con solvente la porción no destilada del aceite reducido en viscosidad en un proceso de desasfaltado de dos etapas para producir fracciones separadas de asfalteno, resina y petróleo desasfaltado; mezclar las fracciones de petróleo desasfaltado ("DAO = deasphalted oil fractions") con los destilados reducidos en viscosidad; y recielar y combinar resinas de la etapa de desasfaltado con el material de alimentación suministrado inicialmente al aparato de reducción de viscosidad por craqueo térmico. La Patente de los E.U.A. Número 4,454,023 proporciona medios para mejorar hidrocarburos ligeros (gravedad API >15) que el betún canadiense, pero está con carga si se emplea con betún canadiense por la mala aplicación de piezopirólisis térmica que sobrecraqueará y coquificará la corriente de hidrocarburos, asi como por la complejidad y costo de una etapa de extracción con solvente adicional para separar la fracción de resina de DAO.

Recielar parte de la corriente de resina se requiere para producir un producto que cumple con las especificaciones de transporte en tubería e incrementa los costos operativos y complejidad e intensidad de proceso de la operación.

Plantas de craqueo térmico típicas como los aparatos para reducción de viscosidad por craqueo térmico no mejoran en forma apreciable las características de las moléculas de asfalteno de betún canadiense complejo. A temperaturas elevadas, las moléculas de asfalteno serán líquidas y son altamente pegajosas.

Cuando los aparatos de reducción de viscosidad por craqueo térmico se integran en procesos SDA, el solvente en la fase líquida del proceso SDA, típicamente se emplea para transportar estos asfalteno separados, como un fango a la operación de procesamiento de subproducto (gasificación, secador por rocío o planta de asfalto).

En la Solicitud de Patente de los E.U.A. 2007/0125686, se describe un proceso en donde una corriente de hidrocarburo pesada primero se separa en diversas fracciones por destilación, con el componente pesado que se envía a una planta de craqueo térmico suave (aparato de reducción de viscosidad por craqueo térmico). El líquido pesado restante del planta de craqueo térmico suave es solvente desasfaltado en una unidad SDA de téenica abierta.

Los asfáltenos separados de SDA se utilizan como alimentación a un gasificador. El petróleo desasfaltado resultante se mezcla con el vapor de la planta de craqueo térmico suave condensado para formar un producto mezclado. La reducción de viscosidad por craqueo térmico estándar enfrenta los retos de temprana generación de coque sin impactar las características de los asfáltenos. Los asfáltenos se mezclan con el solvente SDA y envían a un gasificador como un fango líquido. El solvente de alto costo se consume en el gasificador, aumentando el costo de capital y operativo de toda la operación mientras que también se incrementa la huella de carbono del proceso y la intensidad del proceso.

Mezcladores Estáticos y Procesamiento de Betún Primario en la Téenica Previa: La práctica de la industria de refinado utiliza aislantes estáticos para mezclar dos corrientes, típicamente una corriente de hidrocarburos ligeros y una corriente de hidrocarburos pesados. Los mezcladores estáticos son útiles cuando las dos corrientes tienen viscosidades similares y el régimen de flujo está en la región turbulenta. Cuando las viscosidades de las corrientes difieren por factores mayores a 1000, los mezcladores estáticos hacen un mal trabajo de mezclar las corrientes. Además, para procesos con una corriente o corrientes que tienen alta propensión a incrustación, tales como una corriente de asfalteno modificado, los mezcladores estáticos crean un punto de restricción de flujo, área superficial agregada y características de pared irregular expuestas a la corriente e incrementan la probabilidad de incrustación.

Los mezcladores estáticos se han empleado para intentar el mezclar el solvente crudo para mejorar un proceso de desasfaltado en un extractor de asfalto. Sin embargo, debido a las grandes diferencias en viscosidad entre crudo pesado y solvente (por encima de un factor de 1000 en diferencia), un mezclador estático en esta aplicación no proporciona ningún beneficio notable. Dispositivos de Mezclado con Cizalla Rotatorios en Procesos de Mejora de Refinado de Crudo/Arenas Petrolíferas en la Téenica Previa: Mezcladores de alta cizalla se han considerado en aplicaciones de refinado de crudo para mejorar las propiedades de flujo del crudo. En la Solicitud de Patente de los E.U.A. Número 2011/0028573, un mezclador de cizalla se emplea para intentar incrementar la gravedad API de un petróleo crudo, al introducir el petróleo crudo a un gas ligero dentro de un dispositivo de mezclado con alta cizalla. Las altas fuerzas de cizalla esencialmente "atrapan" el gas en el crudo. Después de un tiempo de sedimentación nominal, el gas se liberará del crudo especialmente bajo temperaturas más calientes,; de esta manera impactando la presión de vapor Reid (RVP = Reid Vapour Pressure) en el crudo, de esta manera limitando el beneficio de esta aplicación de mezclado con cizalla en refinado del crudo y con aumento resultante en un fluido de dos fases que es inadecuado para transporte y bombeo por tuberías. Esta aplicación sin embargo demuestra la capacidad de mezclado completo de dos fases diferentes de material con densidades (y viscosidades) relativas diferentes.

En las arenas petrolíferas canadienses, recipientes con discos rotatorios se han empleado en estudios para determinar la velocidad de disolución del betún en solventes orgánicos. R. Ulrich et al (Application of the Rotating Disk Method to the Study of Bitumen Dissolution into Organic Solvents, Canadian Journal of Chemical Engineering, Volume 69, August 1991) descubrió que a medida que el grado de cizalla se incrementa del disco rotatorio, menos sensible la disolución de betún era al tipo de solvente. Este aprendizaje se ha aplicado a unidades SDA comerciales de téenica abierta por Foster Wheeler (Patente de los E.U.A. Número #4088540) en sus extractores de asfalto comerciales, sin embargo el dispositivo mecánico en movimiento es de consideración en confiabilidad especialmente cuando se trata con un asfalteno sólido precipitado de betún canadiense. Su objetivo es producir por mezclado corrientes de producto hidrocarburo liquido ligero y liquido pesado. Los asfáltenos precipitados fácilmente incrustan los discos rotatorios en el proceso Foster Wheeler dentro del recipiente extractor.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS: La Figura 1 muestra un proceso SDA ilustrativo con un Precipitador Habilitado para Mezclar (MEP = Mixing Enabled Precipitator) incluido para mejorar el desasfaltado con solvente con un separador inercial para mejorar la segregación de asfalteno sólido, de acuerdo con una o más modalidades descritas.

La Figura 2 ilustra una mejora de SDA adicional en la Figura 1 con un montaje MEP secundario y extractor de asfalto ilustrado para mejorar el desasfaltado de solvente, de acuerdo con una o más modalidades descritas.

La Figura 3 muestra una aplicación ilustrativa de un proceso de craqueo térmico ligero integrado y desasfaltado con solvente mejorado similar a la Figura 2, de acuerdo con una o más modalidades descritas.

La Figura 4 muestra una aplicación ilustrativa de un proceso de desasfaltado con solvente mejorado y craqueo térmico ligero integrado con dispositivos de mezclado con cizalla apropiadamente colocados dentro de una refinería o mejorador existente con una unidad de vacio y/o coquificación de acuerdo con una o más modalidades descritas.

La Figura 5 muestra una aplicación ilustrativa especifica de la Figura 4 de un proceso de desasfaltado con solvente mejorado y craqueo térmico ligero integrado con dispositivos de mezclado con cizalla apropiadamente colocados que alimentan una corriente de fondos de vacio desde una refinería o mejorador existente con los diversos productos del SDA mejorado/unidad de piezopirólisis integrada que se envía a hidropiezopirólisis, unidades de gasificación e hidropiezopirólisis residual de acuerdo con una o más modalidades descritas.

La Figura 6 ilustra una intensificación de proceso de un arreglo ilustrativo específico para un MEP con un recipiente receptor (separador de asfalteno) para separar los asfáltenos sólidos precipitados y la mezcla de DAO/solvente.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN: Habrá de entenderse que los aspectos de la presente invención serán fácilmente aparentes para aquellos con destreza en la téenica a partir de la siente descripción detallada, en donde diversas modalidades de la invención se ilustran y describen a manera de ilustración. Como se entenderá, la invención es capaz de otras y diferentes modalidades y sus varios detalles son capaces de modificación en diversos otros aspectos, todo sin apartarse del espíritu y alcance de la presente invención. De acuerdo con esto, los dibujos y descripción detallada se habrán de considerar como ilustrativos en naturaleza y no como restrictivos.

Un Precipitador Habilitado para Mezclado (MEP = Mixing Enabled Precipitator) en una modalidad soporta un proceso continuo para mezclar en forma completa y rápida dos fluidos de viscosidad diferente con la magnitud de diferencia de viscosidad que es al menos 100,000. El MEP de una modalidad proporciona mejorada transferencia de masa para acelerar la precipitación de asfáltenos sólidos al cambiar las características de solubilidad de las partículas de asfalteno en la corriente mezclada a partir de la corriente de hidrocarburos pesada para separación corriente abajo.

El MEP en una modalidad proporciona casi precipitación instantánea con el mezclado y mejora la transferencia de masa al desenmarañar cadenas de hidrocarburos. El dispositivo puede cambiar las características de la molécula de asfalteno al disociar cadenas laterales de moléculas de betún canadiense y generar producto hidrocarburo viable adicional. Los sólidos precipitados en una modalidad del MEP y transportados fuera del dispositivo pueden estar en el intervalo de 10 mm a 900 pm. El MEP puede operar en una modalidad preferida, en forma óptima en un intervalo de número de cizalla de 3 a 40.

Un esquema SDA de la téenica abierta puede ser modificado en otra modalidad para incluir precipitadores habilitados para mezclado (MEP's) colocados apropiadamente para reducir requerimientos de uso de solvente en una etapa de separación de asfalteno e incrementar la confiabilidad total para procesos SDA, particularmente adecuados para betún canadiense. Cuando se integran con una planta de craqueo térmico ligero, una configuración SDA mejorada de esta modalidad además puede mejorar el rendimiento de crudo para productores de petróleo que buscan producir crudo listo para transportar en tubería sin el diluyente adicional y para refinadores/mejoradores que desean eliminar el cuello de botella en instalaciones existentes tales como plantas de hidrocraqueo de residuos y unidades de coquificación.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE DIVERSAS MODALIDADES: La descripción detallada establecida a continuación en conexión con los dibujos anexos se pretende como una descripción de diversas modalidades de la presente invención y no se pretende que represente las únicas modalidades contempladas por el inventor. La descripción detallada incluye detalles específicos con el propósito de proporcionar una comprensión completa de la presente invención. Sin embargo, será aparente para aquellos con destreza en la especialidad que la presente invención puede practicarse sin estos detalles específicos.

La Figura 1 es un diagrama de flujo de proceso que ilustra un proceso SDA mejorado utilizando un proceso SDA de la téenica abierta con la adición de un precipitador habilitado para mezclado (MEP) 30, aplicado a una corriente de hidrocarburos pesados (ej. betún canadiense) 5 para efectuar mezclado con un solvente para crear un hidrocarburo mezclado adecuado como alimentación de refinería y de tuberías de diversas combinaciones de corrientes de producto 82, 100 y 102.

El solvente fresco de reposición se agrega en una corriente 1 y el solvente de recielado del proceso a través de otras corrientes 101 y 122. La corriente mixta 14 se calienta a una temperatura apropiada (intervalo 35°C a 204.4°C (275°F a 400°F)) y envía a través de MEP 30. Con estas grandes diferencias en viscosidad entre la corriente rica en asfalteno y el solvente (hidrocarburos ligeros como butano hasta heptano), los mezcladores estáticos han demostrado que no proporcionan un mezclado adecuado y de esta manera se requiere solvente adicional para forzar el mezclado en la ausencia de MEP o dispositivos de mezclado activo. Sin embargo, después de un cierto punto de adición de más solvente, los dos líquidos (solvente y corriente rica en asfalteno) exhibirán estratificación en la tubería de transporte limitando de esta manera cualquier premezclado de los líquidos en la tubería antes del extractor/separador de asfalto. Teóricamente, el área abierta de un mezclado estático puede reducirse para mejorar el mezclado, pero en la práctica, taponamiento del mezclador de área abierta reducida resulta cuando se trata con una corriente rica en asfalteno.

MEZCLADO RÁPIDO/COMPLETO (EJ. DE ALTA CIZALLA) Y PROCESAMIENTO DE BETÚN PRIMARIO: Nada en la téenica previa del procesamiento de crudo pesado primario (ej. betún canadiense) involucra el uso de mezclado rápido/completo (ej. de alta cizalla) directamente corriente arriba de una unidad de desasfaltado con solvente. Además, la precipitación de asfáltenos directamente a la forma sólida debe evitarse por diseños previos ya que es un resultado indeseable. Aplicación de mezclado rápido/completo en la industria del petróleo hasta la fecha se han enfocado en la extracción inicial de betún de la arena y en procesamiento de colas de arenas petrolíferas (una corriente de proceso de recuperación como se anota en las siguientes patentes, la Patente de los E.Ü.A. Número 7,758,746, la Patente de los E.U.A. Número 7,867,385, la Patente de los E.U.A. Número 7,585,407 entre otras).

Un MEP 30, se ha aplicado por los Solicitantes a una planta piloto en servicio de desasfaltado para mejorar el mezclado de dos líquidos de viscosidad altamente diferente involucrados (solvente hidrocarburo ligero y rico en asfalteno) para promover precipitación de sólidos.

Esta novedosa aplicación de mezclado rápido/completo puede proporcionar los siguientes beneficios, que se considera que surge de cualquiera/ambos de: 1. Crear contacto íntimo entre solvente y petróleo resulta en: a. Reducida proporción S/O para cumplir con el mismo rendimiento/calidad de productos reduciendo costos de operación. b. Reducir el tamaño de equipo al reducir el tiempo de residencia para cumplir con el mismo rendimiento/calidad de productos a una proporción S/O constante. c. Retirar la necesidad por cualquier transferencia de masa y/o componentes internos de mezclado dentro del extractor de asfalto de esta manera mejorando la confiabilidad económicamente por todo el proceso-creando un simple clarificador o separador de asfalteno. d. Pérdidas reducidas de solvente. e. Promover precipitación rápida de sólidos de asfalteno. 2. Fuerzas incrementadas (ej. fuerzas de cizalla) que actúan en las moléculas de asfalteno enmarañadas de cadena larga, para primero desenmarañar y separar estas moléculas y segundo en teoría romper cualesquiera enlaces débiles/atracciones (polares) que de otra forma puedan retener las resinas/asfáltenos unidos para crear estructuras de asfalteno "más grandes". Esto puede: a. Incrementar el rendimiento de DAO liquido/resina al separar mejor los asfáltenos de DAO resina creando un cambio en solubilidad entre DAO y asfáltenos. b. Incrementar potencial para retirar metales que pueden ser retenidos en estas más grandes moléculas con mínima/ninguna atracción. c. Mejorar rápida precipitación de sólidos de asfalteno.

Un MEP trata exitosamente con el reto de mezclar en forma intima una corriente de alta viscosidad (es decir betún) de una corriente de solvente de baja viscosidad (es decir hidrocarburo de bajo peso molecular (MW) como butano, pentano, hexano, heptano o una mezcla). El mezclado rápido/completo produce una mezcla estandarizada y relativamente homogénea de ingredientes que de otra forma no los mezclan naturalmente tan en forma íntima o completa. Se considera que alta cizalla (turbulencia) actúa para mantener la fuerza impulsora de solubilidad elevada para transferencia de masa. A medida que se incrementa la turbulencia, mejora la transferencia de masa y se aproxima al mezclado completo. Con el logro de mezclado instantáneo, resulta la precipitación rápida deseada de asfáltenos del betún y solvente ligero.

Como un ejemplo para lograr la mezcla deseada, MEP's puede aplicarse para generar mezclado rápido/completo para promover la turbulencia necesaria. Hay una variedad de métodos para generar fuerza de cizalla. A continuación se da un ejemplo de una modalidad preferida de un dispositivo de mezclado de alta cizalla con el suministro de manejo de precipitación de sólidos dentro del dispositivo. El dispositivo puede utilizar un rotor y un estator estacionarios, que operan típicamente a velocidades rotacionales considerablemente elevadas para producir velocidades punta de rotor elevadas. Múltiples rotores y estatores con grados variantes de generación de cizalla pueden ser aplicados. La velocidad diferencial entre el rotor y el estator imparte extremadamente elevada cizalla y energía turbulenta en el espacio entre el rotor y el estator. Por lo tanto, la velocidad de punta de rotor es un factor importante cuando se pronostica la cantidad de alimentación de cizalla en el mezclado de las dos corrientes. La velocidad de punta de rotor, una función de diámetro de rotor y velocidad rotacional, puede ser presentada por la ecuación (1) (1) V = p D n in—) en donde D es el diámetro de rotor en metros, y n es la velocidad rotacional del rotor en rpm. La Ecuación 1 indica la relación del tamaño de rotor y la velocidad en la cual gira. La velocidad de punta de rotor es in [unidades]. Si se despliegan múltiples aspas de rotor, esta medida es la suma de la velocidad de punta de todas las aspas.

Adicionalmente, la distancia de espacio entre el rotor y el estator contribuirá a la cantidad de cizalla. La ecuación que se utiliza para calcular la cizalla en el espacio entre el rotor y estator se anota en (2): en donde Sr es la velocidad de cizalla, y g es el espacio entre el rotor y estator en metros. La velocidad de cizalla típicamente se emplea para describir el desempeño de un mezclador de alta cizalla. Cuando están involucradas múltiples puntas de rotor (aspas), este hecho ya se considera en el cálculo de (velocidad de punta) en la ecuación 1.

Otro factor importante es la frecuencia de cizalla, fs, o el número de ocurrencias en las que se acoplan las aberturas de estator y rotor.

La frecuencia de cizalla considera a la geometría de mezclado de cizalla y se da por la Ecuación (3): en donde Nr representa el número de aspas de rotor y Ns representa el número de aberturas de estator.

Un cálculo de cizalla empíricamente útil proporciona el número de cizalla (S) que es una relación de la frecuencia de cizalla y la velocidad de cizalla (una función directa de la velocidad de punta). La Ecuación (4) muestra el método para diseñar un número de Cizalla adimensional que proporciona medios para comparar los efectos de cizalla de dos (o más) dispositivos de mezclado. Ecuación En esa base, se ha determinado que los números de cizalla en el intervalo de 3-40 puede ser mejor adecuados en esta aplicación para lograr exitosamente el mezclado íntimo instantáneo deseado de material rico en asfalteno y solvente para permitir rápida precipitación de asfáltenos sólidos. En una modalidad preferida, números de cizalla óptimos están el intervalo de 8-14. Números de cizalla sobre 50 probablemente proporcionan un disminuido retorno en cizalla generada y beneficio obtenido (es decir costos de proporción de fuerza al fluido). Aquellas velocidades de cizalla incrementadas no son proporcionales a desenmarañado incremental conveniente o efectos de mezclado.

Cuando se consideran diseños de rotor-estator, puede haber múltiples estatores y rotores, y el número de cizalla debe ser aplicado para cada rotor en cada hilera.

El MEP requiere generar altas fuerzas de cizalla para promover mezclado instantáneo y rápido (transferencia de masa que acelera precipitación de asfalteno) de las dos corrientes de hidrocarburo para crear los asfáltenos sólidos precipitados mientras que permiten transporte continuo de la mezcla de sólido/líquido resultante dentro del dispositivo.

La porción de mezclado del MEP (típicamente uno o más juegos de rotores y estatores) debe tolerar la precipitación/generación y presencia de una gran cantidad de sólidos de asfalteno en el dispositivo. El diseño de MEP debe compensar el requerimiento para altas fuerzas de cizalla para promover precipitación de asfalteno con abertura suficiente dentro del dispositivo para permitir que los sólidos viajen pasantes y fuera del dispositivo. La salida de MEP debe tener una cámara para aceptar sólidos generados/precipitados dentro del dispositivo y acomodo o proporcionar diferenciales de presión que empujan el material en MEP hacia fuera una tubería de transporte o un tanque de sedimentación (separador de asfalteno). La cámara puede ser abierta o equipada con una voluta y/o impulsor para promover transporte de la mezcla de sólidos/liquidos fuera del MEP.

En una modalidad preferida, el MEP será capaz de pasar partículas sólidas que están en el intervalo de tamaño de 10 miti hasta 900 mm y se suspenden en una mezcla liquida.

Un beneficio primario de colocar un MEP corriente arriba de un extractor de asfalto estándar con componentes internos del proceso es que el mezclado íntimo del MEP retira la necesidad de tener componentes internos de mezclado estáticos o en movimiento dentro del extractor de asfalto. Los asfáltenos sólidos precipitados son altamente incrustantes y de esta manera disposiciones para retirar cualesquiera restricciones en el sistema son convenientes y reducen la intensidad del proceso. Un simple separador de asfalteno puede emplearse en lugar de un extractor.

Otro ·beneficio primario del dispositivo MEP rápido/completo en esta solicitud es una proporción S/O reducida sobre la de un mezclador estático en al menos 30%. Esto resulta en un más pequeño equipo separador y menos costo operativo (es decir instalaciones de liquido solvente en circulación y recuperación/reposición) para producir mismo rendimiento de una calidad de productos en mezclado estático. La fuerza incrementada que se aplica por el dispositivo MEP rápido/completo en cualesquiera porciones de cadenas largas y medias en conjunto restantes de los asfáltenos también puede ayudar en que el solvente sea mezclado aún en forma más intima con asfáltenos para promover precipitación rápida y efectiva en el asfalteno de la solución. Incluso después de factorizar los requerimientos de potencia agregados (relativamente bajos) para el mezclado MEP rápido/completo, hay ahorros significantes a través de las menores proporciones de solvente a petróleo logradas y reducida intensidad del proceso.

A estas bajas proporciones de solvente a petróleo, después de procesar en el extractor 40, los asfáltenos se consideran esencialmente libres de petróleo y pueden retirarse del extractor/separador y transportarse como la corriente 42 por gas fluidizado (similar al transporte convencional de coque y carbón en otros ámbitos industriales) a un separador inercial 60, para separación de sólidos de cualquier liquido atrapado y transportar gas para crear un sólido seco que se almacena y transporta fácilmente para mayor procesamiento.

La linea de transferencia, corriente 42, se calienta para evaporar el mayor solvente posible mientras aún mantiene los asfáltenos en un estado sólido, dentro de un intervalo de temperaturas de transporte que se encuentra fácilmente por ajuste en operación pero que está dentro de un intervalo de 150-300°C. Esto puede depender en el material de alimentación y el solvente empleado.

Solvente adicional, como se emplea en la téenica previa, no tiene que ser agregado/desperdiciado como medio de transporte en este proceso. Aproximadamente 4-10 veces del solvente requerido para SDA se necesitará para transportar los asfalteno sólidos sin taponar o atascar un sistema convencional.

También, en lugar de un dispositivo como un secador por rocío que requiere una restricción (boquilla) que taponará fácilmente para promover la separación de sólido/gas se proporcionan un separador inercial 60 con una gran área abierta, y geometría que conduce a separación de sólidos de un gas y flujo de sólidos continuo.

La corriente de gas 4 se inyecta en la salida de fondos de la columna 4 para promover el flujo de sólidos.

Solvente en la corriente 3 se agrega el extractor para mejorar la extracción DAO. El gas en la corriente 42 termina en el separador inercial 60 junto con cualquier solvente atrapado. El vapor del separador inercial se enfria en el intercambiador 110, y separa en un tambor de evaporación instantánea 120. La corriente de solvente liquido recuperado 122 se mezcla con la corriente 1 para reutilizar en el proceso. La corriente 121, el gas fluidizado se separa y reutiliza.

Como en otros procesos SDA, el DAO extraído de la unidad 40 se procesa adicionalmente para separar el solvente de DAO. La corriente 41 tiene solvente agregado de la corriente 2 de ser necesario y se calienta para reducir la solubilidad de DAO en el solvente para empezar la fase de separación. El calentador 90 o si un producto de resina se desea, el calentador 70 se utiliza para calentar la corriente 41.

Condiciones supercríticas pueden emplearse para separar el solvente de DAO en la unidad 100, que típicamente comprende una columna de extracción con solvente y un extractor de baja presión.

La corriente 102 es una corriente de DAO altamente concentrado, mientras que la corriente 101 es solvente que se reciela en el proceso. Si se desea un producto de resina, una unidad de extracción de resina 190 completa con una columna de extractor y un extractor de baja presión pueden ser empleados. La corriente 41 se calienta y entra a la unidad 80 creando una corriente rica en resina 82 y una corriente rica en DAO/solvente 81 a procesarse en la unidad de extracción con solvente 100.

En otro aspecto, la Figura 2 demuestra otra colocación de MEP para mejorar la extracción de DAO, en donde una unidad de extractor/sedimentador de asfalteno secundario 50, se emplea en el proceso SDA. Este segundo MEP produce los mismos tipos de beneficios que colocar un MEP frente al extractor primario. Esencialmente, un MEP puede acoplarse ventajosamente con cualquier columna de extracción diseñada para separar asfáltenos de DAO, y puede clasificarse en esta invención como un separador o precipitador/separador de asfalteno.

El extractor de asfalteno secundario 50 se emplea para incrementar la recuperación total del hidrocarburo producto del proceso y asegurar que todo el petróleo se retira de la corriente 42 antes de enviarse al separador inercial 60. Además, la unidad 50 reduce las velocidades de circulación de solvente en total.

En lugar de enviar la corriente 42, directamente al extractor de asfalteno secundario, en este caso se envía a un MEP 230 para proporcionar mezclado mejorado del asfalteno para permitir que el solvente se mezcle en forma íntima y rápida con el asfalteno.

Convencionalmente, y en la práctica actual común se realiza extracción con solvente adicional en el petróleo desasfaltado primario en la forma de un extractor de resina 80 para proporcionar una corriente de petróleo pesado desasfaltado separada 82. Esta característica se incluye en el proceso de esta invención por igual. Como una mejora, la etapa de extracción con solvente adicional de la corriente rica en asfalteno por el extractor 50 utiliza extracción líquido-líquido estándar con el mismo solvente empleado en el extractor primario 40 y tiene un MEP 230 incluido en el diseño. La colocación de este MEP 230 y el arreglo de columna líquido-líquido estándar en la corriente rica en asfalteno es nuevo y es benéfico ya que la proporción de solvente a petróleo puede ser adicionalmente disminuida dentro de esta columna a 5:1 (de 10 a 20:1 típicamente) para incrementar la recuperación del petróleo desasfaltado con el uso de solvente total reducido.

El solvente en la corriente 3 se agrega a la corriente rica en asfalteno 41 a una proporción muy elevada de solvente a petróleo y se enfría adicionalmente para mejorar la precipitación de asfalteno y de esta manera recuperación de petróleo dentro de la columna 50.

La corriente de petróleo desasfaltado 51 se envía al extractor de resina 80 para ser adicionalmente refinada para mezclado de producto.

La corriente de fondos de la columna de extractor de asfalteno secundario 50, como los fondos de la columna 40, es asfalteno concentrado y se vuelve la corriente 52 y se envía mediante gas en la corriente 4 al separador inercial 60 para separación, secado y almacenamiento de sólidos.

Habrá de notarse que la invención puede incorporar cualquiera o ambos dispositivos de mezclado MEP en cualquiera o más ubicaciones.

El uso de solvente total para lograr elevada recuperación de hidrocarburos utilizando la combinación del dispositivo de mezclado rápido/completo 230, y la columna de asfalteno secundario 50 es aproximadamente 15-30% menos que cuando se utiliza un mezclador estático en el proceso. El resultado es una reducción significante en consumo de energía en comparación con un estado de la téenica previa del proceso de extracción en 3 etapas. Este esquema de extracción con solvente de alto desempeño, incluyendo MEP 230 y la columna 50 pueden aplicarse a un esquema de extracción con solvente de técnica abierta existente en operación para incrementar adicionalmente el rendimiento de crudo y/o reducir los costos operativos reduciendo la circulación total del solvente. En otro aspecto, el nuevo esquema puede ser empleado como una mejora a diseños en recuperación de petróleo pesado que normalmente utilizan el desasfaltado con solvente de la téenica previa.

Como en la Figura 1, el petróleo desasfaltado en la corriente 41 se mezcla con un solvente similar, de ser necesario y la temperatura se eleva por termointercambiador 70 para precipitar cualesquiera resinas y asfáltenos atrapados restantes en la unidad 80 en el extractor de resina. Los fondos del extractor de resina se mezclan con el producto final mientras que la corriente 81 además se calienta en el intercambiador 90 y se envía a recuperación por solvente 120. La unidad de recuperación con solvente 120 típicamente se opera como un extractor supercrítico para reducir costos operativos, con un extractor que se proporciona en el petróleo desasfaltado para reducir pérdidas de solvente por debajo de 1%. La corriente de solvente recuperado 101 se reciela al frente del proceso para reutilización, mientras que la corriente 102 se mezcla con las corrientes 12 y 82 para uso como producto.

Una aplicación ventajosa del esquema SDA mejorado anotado en ambas figuras 1 y 2 es la integración de esta configuración SDA con una planta de craqueo térmico ligero convencional de la técnica previa que se ilustra en la Figura 3. Una modalidad preferida es integrar la planta de craqueo térmico en la Patente de los E.U.A. Número 7,976,695 con la configuración de MEP/separador en esta invención.

A través de prueba piloto del concepto, se demostró que los asfáltenos térmicamente afectados recombinan en conjunto para crear asfáltenos de superior peso molecular. Las moléculas de asfalteno están en intervalo en tamaño de 5 um a 500 um, son térmicamente estables permanecen sólidas a temperaturas elevadas, pueden compararse físicamente con partículas de coque inerte y se separan fácilmente del petróleo en la presencia de una cantidad modesta de solvente. La aplicación de MEP 30 y/o 230 puede actuar para desenmarañar cualesquiera partículas de asfalteno combinadas físicamente para permitir más fácil separación de solvente.

El impacto de las unidades 10 y 30 de la corriente 13 es lo necesario para una separación muy simple en el extractor de asfalto (separador de asfalteno presente) 40. La cantidad de solvente requerida en la corriente 1 para mezclar con la corriente 13 es bastante menos que con lo que se requiere en aplicaciones industriales para betún (8-9:1 en masa), aproximadamente en el intervalo de proporción de solvente a petróleo 2-4:1. El solvente puede ser C4-C9, o una mezcla apropiada. El extractor crea una corriente de petróleo desasfaltado 41 y una corriente rica en asfalteno no pegajosa sólida estable cada vez más concentrada 42.

Como; se anotó en la Tabla 1, este proceso integrado proporciona superiores rendimientos que otros procesos de mejora dispuestos en forma tradicional. Junto con este beneficio de producto, la reducción en costos de capital de utilizar un separador inercial 60, y los ahorros en costos de operación de los asfáltenos térmicamente afectados generados por el reactor 10, los MEP's 30 y/o 230, y la columna de extracción de asfalteno secundario 50, hacen a esto una valiosa herramienta para incrementar las utilidades y sostenibilidad a largo plazo de los refinadores y mejoradores.

Tabla 1 - Comparación de rendimiento de producto Además de aplicaciones de esta invención en nuevas oportunidades de diseño de planta desde cero (Greenfield), la Figura 4 muestra una aplicación ilustrativa en la planta de craqueo térmico controlado integrado y mejorado SDA con MEPs. El proceso de integración propuesto, reactor 10 y SDA mejorado con MEPs colocados de manera apropiada (30 y/o 230 según sea necesario), y recuperación de asfalteno ítems 20-120, puede colocarse corriente arriba de una unidad de coquificación de refinador/mejorador. El beneficio a un refinador/mejorador es la capacidad de eliminar cuellos de botella de instalaciones existentes al vacío y de coquificación y aceptar más crudo pesado en la unidad. Más barriles procesados en equipo existente igual a mayores utilidades y retornos económicos por costos de capital similares. Además, con una calidad de material superior que se envía a la unidad de coquificación 300, puede disminuirse la severidad de la operación, aumentando la vida útil del coquificador al incrementar el tiempo de ciclo para el coquificador (de 12 a 24 horas), y producir menos gas y coque y producto de un más alto valor. Los costos de capital para reemplazar equipo pueden retardarse y puede lograrse un rendimiento incrementado (aproximadamente 2-3%). Asfáltenos sólidos capturados en SDA tienen una colocación fácilmente disponible, corriente 302, los sistemas de transporte y recolección de coque existentes, haciendo la adición del proceso integrado propuesto más efectiva el costo y altamente redituable. La intensidad del proceso puede disminuirse.

Por igual, y a manera de ejemplo, la corriente 5 pueden ser las corrientes de fondos de una columna atmosférica, columna de vacio o unidad de piezopirólisis catalítica, generalmente referida como la unidad 200 en la Figura 4. La planta de craqueo integrada y el proceso DAO producen una corriente DAO 102, que puede ser adicionalmente procesada en una corriente de combustibles de transporte 401 en una unidad compleja de hidropiezopirólisis e hidrotratamiento 400. La planta de craqueo integrada y el proceso SDA con MEP también pueden producir una corriente con calidad de resina 82 que puede ser enviada a coquificación, piezopirólisis catalítica fluidizada (FCC = Fluidized Catalytic Cracking) y/o una planta de asfalto para mayor procesamiento en productos terminados. Asfáltenos sólidos generados como corriente 61 ya pueden mezclarse con coque generado y en la unidad 300 o enviados fuera de sitio para mayor procesamiento (secuestro y/o generación de energía).

Como todavía otro ejemplo, la Figura 5 muestra una modalidad específica para un nuevo diseño u oportunidad de modernizar una refinería y/o mejorador. La unidad 200 es una unidad de vacío y la corriente de fondos 5 se envía a las unidades de proceso SDA/planta de craqueo integradas 20-120 con MEPs apropiadamente colocados 30 y/o 230. La corriente DAO 102, se envía a la unidad de hidropiezopirólisis e hidrotratamiento 400, junto con la corriente 205 de la unidad de vacío. Una corriente de resina 82 se produce de las unidades 20-120 y envía a una unidad de hidropiezopirólisis de residuos 500. Con menos asfáltenos, que son altamente exotérmicos cuando reaccionan, enviados a la unidad 500, la unidad de hidropiezopirólisis de residuos puede operar a superiores velocidades de conversión produciendo más material como producto combustible para transporte final. La corriente de asfalteno sólido 61 de las unidades 20-120 puede ser enviada a la unidad de gasificación para generación de hidrógeno.

Como en la Figura 4, los beneficios de agregar la unidad integrada en la Figura 5 pueden incluir: 1. Máximo rendimiento de crudo de entrada a la planta. 2. Eliminación de cuellos de botellas, si existen o reducción de tamaño de la unidad de coquificación. 3. Eliminación de cuellos de botellas, si existen, o reducción de tamaño de hidropiezopirólisis de residuos. 4. Eliminación de cuellos de botellas, si existen, o reducción del tamaño de la unidad de gasificación. 5. Huella de carbono total reducida para la instalación de proceso. 6. Disminuye la intensidad de proceso (ganancias en eficiencias y economías totales).

El proceso integrado en la Figura 3 también puede ayudar a refinadores de dulce, baja complejidad (hidrodesnatador) en aceptar crudos más económicos más pesados que están más fácilmente disponibles y de esta manera reubicar los valores de refinado para capturar más valor aceptando un más amplio intervalo de material de alimentación. El proceso integrado de esta invención puede ser colocado al frente de la refinería para proporcionar el acondicionamiento inicial del crudo más pesado.

La Figura 6 ilustra un montaje preferido para MEP (40a) y el separador de asfalto (40b).- Las dos unidades se consideran una operación dentro de las líneas punteadas con 40a y 40b típicamente separadas por una tubería de transporte relativamente corta. El mezclado completo e íntimo en MEP proporciona precipitación deseada de las partículas de asfalteno sólido que resultan en la corriente 41, que es una mezcla de sólido/líquido de dos fases. La descarga descendente de MEP, que aprovecha la Lcy de Stokes, entra a un recipiente de clarificación 40b para permitir sedimentación de asfáltenos del flujo hacia abajo. El MEP (40a) y el separador (40b) pueden acoplarse cerradamente o separarse por una distancia apropiada con base en requerimientos de procesamiento y plano de localización general. En una modalidad preferida, 40a y 40b se clasifican como una unidad con MEP que descarga directamente en un recipiente de sedimentación que puede ser referido como un clarificador o separador de asfalteno.

Dentro del separador (40b), una zona de lavado de asfalteno puede ser creada al inyectar solvente en la porción de fondo del recipiente como se indica por la corriente 3. La mezcla de solvente/DAO sale por la corriente 43 con asfáltenos sólidos que salen con la corriente 42. La fusión de las dos unidades puede aumentar enormemente la confiabilidad de todo el proceso al reducir la cantidad de tubería de transporte que puede ser incrustada o taponada. Además, este arreglo simplificado reduce el tamaño del equipo total (menor costo de capital) y reduce el uso de solvente total (costo de operación menor) proporcionando reducida complejidad de proceso.

Como una oportunidad adicional para intensificación de proceso, MEP puede ser una bomba de mezclado de alta cizalla que incluye generación con presión mientras que realiza mezclado rápido/completo. La necesidad para dispositivos de bombeos separados puede eliminarse si una MEP con bomba de mezclado de alta cizalla se ubica en un punto apropiado en el proceso, de esta manera reduciendo potencialmente el costo de capital y simplificando en forma adicional el proceso.

La precipitación habilitada con mezclado puede ser utilizada en otras industrias de ; análisis de laboratorio de corrientes a cualquier proceso que involucre procesamiento de asfalteno (es decir operación de planta de asfalto).

Definiciones: Los siguientes términos se emplean en este documento con los siguientes significados. Esta sección se pretende que ayude en aclarar el significado pretendido del solicitante.

Un fango es en general una suspensión espesa de sólidos en un liquido.

En química, una suspensión es un fluido heterogéneo que contiene partículas sólidas que son suficientemente grandes para sedimentación. Las suspensiones se clasifican en base a la fase dispersa y el medio de dispersión, en donde la primera esencialmente es sólida mientras que el último puede ya ser un sólido líquido o un gas.

En química, una solución es una mezcla homogénea compuesta por sólo una fase. En esta mezcla, un soluto se disuelve en otra sustancia, conocida como un solvente.

Una emulsión es una mezcla de pequeños glóbulos de un líquido en un segundo líquido con los cuales no se disolverá el primero.

Precipitación es el proceso para separar una sustancia de una solución como un sólido.

Neumática es una rama de la teenología, que trata con el estudio y aplicación de uso de fluidos a presión para efectuar movimiento mecánico.

Intensificación de proceso es el reemplazo o combinación de unidades de operación separadas en una unidad que mejora el desempeño total del proceso. De manera similar, intensidad de proceso expresa un concepto relativo para comparar una combinación de complejidad, intensidad de capital y factores de gastos operativos para procesos o instalaciones.

Betún canadiense es una forma de petróleo que existe en la fase semi-sólida o sólida en depósitos naturales. El betún es una forma espesa, pegajosa de petróleo crudo, que tiene una viscosidad mayor a 10,000 centipoises bajo condiciones de depósito, una gravedad API menor a 10° API y típicamente contiene más de 15% en peso de asfáltenos.

Claims (42)

REIVINDICACIONES

1. Un precipitador habilitado para mezclado (MEP = Mixing Enabled Precipitator) que soporta un proceso continuo para mezclar en forma completa y rápida una corriente de hidrocarburos pesados y ligeros para transferencia de masa mejorada para acelerar precipitación de asfalteno sólidos al cambiar las características de solubilidad de partículas de asfalteno de la corriente de hidrocarburos pesados en una corriente mezclada resultante para separación corriente abajo.

2. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la precipitación es casi instantánea con el mezclado.

3. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque mejora la transferencia de masa al desenmarañar cadenas de hidrocarburos.

4. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cambia las características de moléculas de asfalteno al disociar cadenas laterales incluidas en moléculas de betún canadiense produciendo productos de hidrocarburos viables adicionales.

5. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque mejora la transferencia en masa al mezclar en forma intima dos fluidos diferentes con diferencia en viscosidad comparativa de al menos 100,000:1.

6. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los sólidos precipitados en MEP y trasportados fuera del dispositivo están en el intervalo de 10 mm a 900 pm.

7. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque un número de cizalla está en el intervalo de 3-40.

8. Un precipitador habilitado para mezclado (MEP = Mixing Enabled Precipitator) colocado corriente arriba de un segundo extractor de asfalteno que soporta un proceso continuo para mezclar en forma completa y rápida una corriente de hidrocarburos pesados con una corriente de hidrocarburos ligeros para mejorada transferencia de masa a fin de acelerar la precipitación de asfáltenos sólidos cambiando las características de solubilidad de las partículas de asfalteno de la corriente de hidrocarburos pesados en la corriente mezclada resultante para separación corriente abajo.

9. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 8 caracterizado porque la precipitación es casi instantánea con el mezclado.

10. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 8, mejora la transferencia de masa por desenmarañado de las corrientes de hidrocarburos.

11. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque cambia las características de la molécula de asfalteno al disociar cadenas laterales de moléculas de betún canadiense que procesa, produciendo un producto de hidrocarburo viable adicional.

12. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque mejora la transferencia de masa al mezclar íntimamente dos fluidos diferentes con diferencias en viscosidad comparativas de al menos 100,000:1.

13. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque los sólidos precipitados en MEP y trasportados fuera del dispositivo están en el intervalo de 10 mm a 900 pm.

14. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el número de cizalla está en el intervalo de 3-40

15. Un precipitador habilitado para mezclado (MEP = Mixing Enabled Precipitator) colocado corriente arriba de una planta de craqueo o piezopirólisis térmica suave para mejorar el desempeño de la planta de craqueo térmico e incrementar el rendimiento de procesamiento de betún que soporta un proceso continuo para mezclar en forma completa y rápida una corriente de hidrocarburos pesados con una corriente de hidrocarburos ligeros para mejorada transferencia de masa para acelerar precipitación de los asfáltenos sólidos al cambiar las características de solubilidad de las partículas de asfalteno en la corriente mezclada de la corriente de hidrocarburos pesados para separación corriente abajo.

16. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque proporciona un material de alimentación fluido homogeneizado con moléculas de asfalteno no enmarañadas para mejorar el flujo térmico uniforme para todas las moléculas.

17. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque cambia las características de la molécula de asfalteno disociar cadenas laterales de moléculas de betún canadiense que producen hidrocarburos viables adicionales.

18. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el número de cizalla está en el intervalo de 1-30.

19. Un proceso para producir un material de alimentación listo para transporte en tubería o listo para refinería a partir de material de alimentación de petróleo crudo o petróleo rico en asfalteno pesado que comprende el uso de un precipitador habilitado para mezclado (MEP = Mixing Enabled Precipitator) que soporta un proceso continuo para mezclar en forma completa y rápida una corriente de hidrocarburos pesados con una corriente de hidrocarburos ligeros para mejorada transferencia de masa para acelerar la precipitación de asfáltenos sólidos al cambiar las características de solubilidad de las partículas de asfalteno de la corriente de hidrocarburos pesados en una corriente mezclada resultante para precipitación corriente abajo.

20. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el MEP es colocado corriente arriba de un extractor de asfalteno secundario.

21. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el MEP se coloca corriente arriba de una planta de craqueo térmico suave para mejorar el desempeño de la planta de craqueo térmico suave e incrementar el rendimiento de procesamiento de betún.

22. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el MEP se integra con una planta de craqueo térmico suave, la planta de craqueo térmico suave se coloca corriente arriba en el proceso SDA.

23. El proceso de conformidad con la : reivindicación 19, caracterizado porque los asfalteno; sólidos producidos permanecen sólidos hasta que se alcanzan temperaturas de combustión.

24. El proceso de conformidad con la 5 reivindicación 19, caracterizado porque el rendimiento de fracciones de petróleo desasfaltado (DAO = Deasphalted Oil Fractions) cuando menos es 88% del material de alimentación en volumen.

25. El proceso de conformidad con la 10 reivindicación 22, caracterizado porque el proceso SDA utiliza un solvente y tiene: una proporción de solvente a petróleo en un balance de masa inferior a 6:1; una temperatura de operación de 40 a 130°C por debajo de la temperatura critica del solvente; y una presión de 15 operación de 0.276 a 1.656 MPa manométricos (40 a 240 psig) por debajo de la presión critica del solvente.

26. El proceso de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque el solvente son hidrocarburos de C4-C9 o una mezcla de hidrocarburos C4-C9. 20

27. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque la precipitación es casi instantánea con el mezclado.

28. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque la transferencia de 25 masa se mejora al desenmarañar cadenas de hidrocarburos.

29. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque las características de la molécula de asfalteno se cambian al disociar cadenas laterales de moléculas de betún canadiense que se procesan, produciendo hidrocarburos viables adicionales.

30. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque la transferencia de masa se mejora al mezclar íntimamente dos fluidos diferentes con diferencias en viscosidad comparativas de al menos 100,000:1.

31. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque los sólidos precipitados en MEP y trasportados fuera de MEP están en el intervalo de 10 mm a 900 pm.

32. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque un número de cizalla está en el intervalo de 3-40.

33. El proceso de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el MEP se agrega a una refinería o mejorador de betún basado en coque existente para incrementar los rendimientos totales de alimentación de crudo y mejorar el ciclo de vida de equipo existente.

34. El proceso de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el MEP se agrega a un hidrocraqueador o una unidad de hidropiezopirólisis de residuos existente y refinería o mejorador de betún basado en coquificador, para incrementar los rendimientos totales de la alimentación de crudo y mejorar el ciclo de vida de equipo existente.

35. El proceso de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el MEP se emplea como un nuevo mejorador de betún o refinería de "crudo dulce" existente en lugar de un proceso de coquificación para incrementar el rendimiento y calidad de alimentaciones de crudo.

36. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el precipitador habilitado para el mezclado puede ser un mezclador, o una combinación de bomba/mezclador, que genera tanto presión por el proceso como mezclado de los líquidos en un fluido homogeneizado.

37. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado porque puede acomodar sólidos en el intervalo de 10 mm a 900 mm, que fluyen por él.

38. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado porque tienen números de cizalla en el intervalo de 3-40 que desarrollan suficiente turbulencia para mezclado instantáneo.

39. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 36, caracterizado porque al menos se emplea 1 generador de estator/rotor.

40. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el MEP y separador de asfalto se combinan en una unidad de operación (MEP más separador de asfalteno) para precipitar y separar los asfáltenos precipitados creando una mezcla de petróleo desasfaltado/solvente y un producto de asfalteno sólido seco.

41. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el MEP y el separador de asfalto están acoplados cercanamente.

42. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque el MEP y el separador de asfalto están separados por una tubería de al menos una fracción de centímetro (fracción de in) a una longitud adecuada en una unidad de operación comercial.