BRPI0801728B1

BRPI0801728B1 - métodos e sistemas para fabricação de produtos de óleo leve e de óleo pesado reduzidos a partir de matérias primas de hidrocarboneto pesado

Info

Publication number: BRPI0801728B1
Application number: BRPI0801728A
Authority: BR
Inventors: Freel Barry; Graham Robert
Original assignee: Ivanhoe Energy Inc; Ivanhoe Htl Petroleum Ltd
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2017-05-09
Also published as: JP2008266592A; US20140353210A1; MX2008003534A; US20130171039A1; US8808632B2; ECSP088261A; CN101265415A; CA2624746A1; US9434888B2; SA111320425B1; EP1970427A2; US8377287B2; SA08290136B1; EA016772B1; CA2624746C; US20080230440A1; EP1970427A3; PE20081629A1; BRPI0801728A2; CO6080087A1

Abstract

métodos e sistemas para fabricação de produtos de óleo leve e de óleo pesado reduzidos a partir de cargas pesadas de alimentação de hidrocarboneto. a presente invenção se refere ao aperfeiçoamento dos óleos de petróleo pesado de viscosidade alta e gravide api baixa, que tipicamente não são apropriados para oleodutos sem o emprego de diluentes. o método compreende introdução de um veículo de aquecimento particulado dentro de um reator de fluxo a montante, introdução da carga de alimentação em uma localização acima da entrada do veículo de aquecimento partículado, permitindo que a carga pesada de alimentação de hidrocarboneto possa interagir com o veículo de aquecimento por um período curto de tempo, separação dos vapores da corrente de produto do veículo de aquecimento partículado e matéria sólida do subproduto, coleta de uma mistura de produto gasoso e líquido compreendendo uma mistura de uma fração leve e uma fração pesada da corrente de produto e emprego de uma torre de vácuo para separar a fração leve como um produto de óleo leve e a fração pesada da mistura de produto.

Description

"MÉTODOS E SISTEMAS PARA FABRICAÇÃO DE PRODUTOS DE ÓLEO LEVE E DE ÓLEO PESADO REDUZIDOS A PARTIR DE MATÉRIAS PRIMAS DE HIDROCARBONETO PESADO" CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção se refere ao processamento térmico rápido (RTP™) de uma matéria prima bruta e viscosa, para produzir um produto aperfeiçoado. Mais especificamente, essa invenção se refere a um processo e aparelho de aperfeiçoamento para produzir um produto líquido de óleo leve baixo e/ou de óleo pesado a partir de uma matéria prima de hidrocarboneto pesado.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Fontes de óleo pesado e betume estão suplementando o declínio na produção de óleos brutos leves e médios convencionais e a produção dessas fontes está aumentando em ritmo crescente. Os oleodutos não podem receber esses óleos brutos a menos que sejam adicionados diluentes, de modo a diminuir sua viscosidade e gravidade específica para especificações dos o-leodutos. Alternativamente, propriedades desejáveis são encontradas por aperfeiçoamento primário. Contudo, as matérias brutas diluídas ou matérias sintéticas aperfeiçoadas são significativamente diferentes dos óleos em estado bruto convencionais. Como resultado, as combinações de betume ou matérias brutas sintéticas não são facilmente processadas em refinarias convencionais de craqueamento catalítico de fluido. Portanto, em cada caso, o processamento adicional deve ser feito em refinarias configuradas para manusear suas matérias primas diluídas ou aperfeiçoadas.

Muitas cargas pesadas de alimentação de hidrocarbo-netos são também caracterizadas como compreendendo quantidades significativas de BS&W (sedimento pesado e água) . Tais matérias primas não são apropriadas para transporte nos oleodutos, ou refino devido às suas propriedades corrosivas e à presença de areia e água. Tipicamente, as matérias primas possuindo menos de 0,5% em peso de BS&W são transportáveis nos oleodutos e aquelas compreendendo quantidades maiores de BS&W requerem algum grau de processamento ou tratamento para reduzir o teor de BS&W antes do transporte. Tal processamento pode incluir armazenamento para deixar que a água e particulados assentem e tratamento térmico para retirada da água e outros componentes. Contudo, essas manipulações acrescentam custos operacionais. Existe portanto, uma necessidade na técnica de um método eficiente de aperfeiçoamento da matéria prima possuindo um teor de BS&W significativo antes do transporte ou processamento adicional da matéria prima.

Os óleos pesados e betumes podem ser aperfeiçoados usando uma faixa de processos incluindo procedimentos térmicos, de hidrocraqueamento, viscoredução ou de craqueamento catalítico. Vários desses processos, tais como, viscoredução ou craqueamento catalítico utilizam tanto materiais de contato particulados inertes quanto catalíticos dentro dos reatores de fluxo a montante ou a jusante. Os materiais de contato catalítico têm como base, em sua maioria os zeólitos, enquanto a viscoredução utiliza, tipicamente, material de contato inerte, sólidos carbonáceos ou sólidos de caulim inertes. O emprego de craqueamento catalítico de fluido (FCC) ou outras unidades para processamento direto de matérias primas de betume é conhecido na técnica. Contudo, muitos compostos presentes nas matérias primas brutas interferem com esses processos, por deposição do material de contato propriamente. Esses contaminantes da matéria prima incluem metais, tais como, vanádio e níquel, precursores de coque, tais como, resíduos de carbono (Conradson) e asfaltenos. A menos que sejam removidos por combustão em um regenerador, os depósitos desses materiais podem resultar no envenenamento e na necessidade de substituição prematura do material de contato. Isso é especialmente verdadeiro para o material de contato empregado com os processos de FCC, uma vez que o craqueamento eficiente e controle apropriado da temperatura de processo requerem materiais de contato compreendendo pouco ou nenhum material de depósito combustível ou metais que interfiram com o processo catalítico .

De modo a reduzir a contaminação do material catalítico dentro das unidades de craqueamento catalítico, foi sugerido o pré-tratamento da matéria prima através de viscoredu-ção, térmico ou outros processos, tipicamente empregando reatores como o FCC, operando em temperaturas abaixo daquelas necessárias para craqueamento da matéria prima. Esses sistemas operam em série com as unidades de FCC e funcionam como pré-tratamento para FCC. Esses processos de pré-tratamento são projetados para remover os materiais contaminantes da matéria prima e operam sob condições que atenuam qualquer craqueamento. Esses processos asseguram que qualquer aperfeiçoamento e craqueamento controlado da matéria prima aconteça dentro do reator de FCC sob condições ótimas. Vários desses processos foram especificamente adaptados para processar "óleo leve" (isto é, matérias primas produzidas da destilação fracional de um óleo bruto integral) e frações de óleo pesado, a fim de otimizar a recuperação do fornecimento de matéria prima inicial. Os processos revelados para a recuperação de óleo leve ou frações de óleo pesado são físicos e envolvem vaporização seletiva ou destilação fracio-nal da matéria prima com ou sem uma alteração química mínima da matéria prima. Esses processos são também combinados com remoção de metal e fornecem matérias primas apropriadas para o processamento de FCC. A vaporização seletiva dos óleos leves acontece sob condições de não craqueamento, sem qualquer redução na viscosidade dos componentes da matéria prima e garante que o craqueamento ocorra dentro de um reator de FCC, sob condições controladas. Nenhuma dessas abordagens revela o aperfeiçoamento da matéria prima dentro desse processo de pré-tratamento (isto é, remoção de metais e coque). Outros processos para o tratamento térmico das matérias primas envolvem a adição de hidrogênio (hidrotratamento) que resulta em alguma alteração química na matéria prima. São conhecidos os métodos para ajudar na recuperação dos óleos pesados dos campos de produção de petróleo. Por exemplo, um método empregado para remoção de betume de areias oleosas é como um processo de extração de óleo conhecido como Drenagem por Gravidade Auxiliada por Vapor (SAGD). A SAGD utiliza vapor gerado de uma fonte de energia, tal como, gás natural para reduzir a viscosidade do betume solidificado e tornar o mesmo transportável através do oleoduto. Esse método requer a introdução do gás natural no campo de petróleo. Adicionalmente, a quantidade de gás natural necessária para extrair um barril de betume das areias oleosas em equivalentes de energia é de cerca de 1 a 1,25 GJ. Devido às flutuações no preço do gás natural, o custo da obtenção de um barril de betume usando SAGD e gás natural pode subir com o tempo. É portanto desejável uma fonte de energia alternativa para geração de vapor que seja barata, substituível e próxima ao sítio de uma instalação de produção de betume para controlar o custo das operações e permitir que a instalação opere com pouco ou nenhum gás natural . A presente invenção é dirigida a um método para aperfeiçoamento da matéria prima de hidrocarboneto pesado, por exemplo, porém não limitado às matérias primas de óleo pesado ou betume, para fabricação de um produto de óleo pesado ou outro produto aperfeiçoado, conforme desejado, com base no mercado, requisitos de consumo ou preferências. 0 método utiliza um reator pirolítico de tempo de residência curto operando sob condições que aperfeiçoam a matéria prima e a torre a vácuo. A matéria prima empregada nesse processo pode compreender níveis significativos de BS&W e ainda ser efetivamente processada, pelo que, aumentando a eficiência de manuseio da matéria prima. Adicionalmente, uma parte ou todo o requisito de energia do campo de petróleo pode ser obtido por remoção de algum produto parcialmente aperfeiçoado, pelo que, reduzindo ou eliminando a necessidade de fornecimento externo de gás natural.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção se refere ao processamento térmico rápido (RTP™) de uma matéria prima bruta, viscosa para fabricação de um produto aperfeiçoado. Mais especificamente, essa invenção se refere a um processo de aperfeiçoamento e aparelho para produção de um produto líquido de óleo pesado ou outro produto desejado aperfeiçoado de uma matéria prima de hidrocarboneto pesado.

Em um aspecto, a presente invenção provê um método para fabricação de produto de óleo pesado ou produto aperfeiçoado de uma matéria prima de hidrocarboneto pesado, por exemplo, um óleo pesado ou betume, compreendendo: a) aperfeiçoamento ou conversão térmica da matéria prima de hidrocarboneto pesado por um método compreendendo: i) provisão de um portador de calor particulado dentro de um reator de fluxo ascendente; ii) introdução da matéria prima de hidrocarboneto pesado dentro do reator de fluxo ascendente, pelo menos um local acima daquele do portador de calor particulado, de modo que uma razão de carregamento do portador de calor particulado para a matéria prima de hidrocarboneto pesado seja de cerca de 10:1 a cerca de 200:1, no reator de fluxo ascendente é operado a uma temperatura de cerca de 300°C a cerca de 700°C, e iii) permissão para que a matéria prima de hidrocarboneto pesado possa interagir com o portador de calor particulado com um tempo de residência inferior a cerca de 20 segundos, para produzir uma mistura de produto compreendendo uma corrente de produto e um portador de calor particulado; b) separação da corrente de produto do portador de calor particulado; e c) obtenção de um produto aperfeiçoado ou de óleo pesado a partir da corrente de produto empregando a torre a vácuo.

Antes da etapa a) i), uma etapa de separação de pré-aperfeiçoamento pode ser conduzida para separar as porções leves de uma matéria prima das porções pesadas. Esse processo resulta em uma primeira porção leve e uma primeira porção pesada. A primeira porção pesada de uma matéria prima pode então ser usada como uma matéria prima para a etapa a)ii). A primeira porção leve pode ser combinada mais tarde com o óleo pesado ou produto aperfeiçoado obtido na etapa (c) conforme desejado. Antes da etapa de separação (etapa b), a mistura compreendendo a corrente de produto e o portador de calor particulado pode ser removida do reator. Adicionalmente, após a etapa de separação (etapa b) , um produto gasoso e um produto liquido, o produto líquido compreendendo uma fração leve e uma fração pesada, podem ser coletados da corrente de produto. 0 portador de calor particulado, após a etapa de separação (etapa b), pode ser regenerado em um reaquecedor para formar um portador de calor particulado e regenerado, e o portador de calor particulado e regenerado pode ser reciclado para o reator de fluxo ascendente. A presente invenção também se refere ao processo definido acima, que compreende adicionalmente: determinação das exigências de energia de uma unidade de produção de petróleo, e com base nas exigências de energia determinadas pelo consumidor ou demandas de mercado do produto aperfeiçoado, tanto: i) transporta toda a fração pesada da corrente de produto para as instalações de produção de petróleo para conversão na forma de energia, ii) transporta uma parte da fração pesada da corrente de produto para a unidade de produção de petróleo, para conversão em uma forma de energia e a fração remanescente da fração pesada para o reator de fluxo ascendente para processamento adicional, em uma operação de pirólise reciclada, de modo a produzir uma corrente de produto reciclado, ou iii) recicla toda a fração pesada da corrente de produto para o reator de fluxo ascendente, para processamento adicional em uma operação de uma pirólise reciclada, de modo a produzir uma corrente de produto reciclado.

Alternativamente, seguindo a determinação das exigências de energia de uma unidade de produção de petróleo, tanto: i' ) converte toda a fração pesada da corrente de produto na forma de energia e transporta a energia para a unidade de produção de petróleo, ii') converte uma parte de uma fração pesada da corrente de produto na forma de energia e transporta a energia para as instalações de produção de óleo e recicla da fração restante de uma fração pesada para o reator de fluxo ascendente, para processamento adicional em uma operação de pirólise de reciclo, de modo a fabricar de uma corrente de produto reciclado, ou iii') recicla toda a fração pesada da corrente de produto para o reator de fluxo ascendente, para processamento adicional em uma operação de pirólise de reciclo, de modo a fabricar uma corrente de produto reciclado. A presente invenção também se refere aos métodos definidos acima, onde o processamento adicional (em uma operação de pirólise de reciclo para fabricação de uma corrente de produto reciclado) inclui mistura de uma fração pesada com o portador de calor particulado, onde o portador de calor parti-culado da operação de pirólise de reciclo está a uma temperatura de cerca de ou superior àquela usada na primeira operação de pirólise (etapa de aperfeiçoamento). Por exemplo, a temperatura do reator de fluxo ascendente dentro da primeira operação de pirólise (etapa de aperfeiçoamento) é de cerca de 300°C a cerca de 590°C, e a temperatura do reator de fluxo ascendente dentro da operação de pirólise de reciclo é de cerca de 430°C a cerca de 700°C, e onde o tempo de residência da operação de pirólise de reciclo é o mesmo ou mais longo em relação ao tempo de residência da primeira operação de pirólise (etapa de aperfeiçoamento). Em outro exemplo, a segunda etapa de processamento térmico rápido (operação de reciclo) compreende deixar que a fração pesada interaja com o portador de calor particulado no reator para preferivelmente cerca de 0,01 a cerca de 20 segundos, mais preferivelmente cerca de 0,1 a cerca de 5 segundos, mais preferivelmente, cerca de 0,5 a cerca de 3 segundos, onde a razão do portador de calor particulado para a matéria prima de hidrocarboneto pesado é de cerca de 10:1 a cerca de 200:1 para fabricação de uma corrente de produto reciclado. Em um exemplo adicional, o portador de calor particulado dentro da operação de pirólise de reciclo é separado da corrente de produto reciclado, e a mistura de produto liquido de reciclo compreendendo um fração leve de reciclo é coletada da corrente de produto reciclado. A presente invenção também se refere aos métodos descritos acima, onde a corrente de produto é tratada dentro de um condensador aquecido para recuperar a fração leve e a fração pesada.

Em um exemplo adicional dos métodos definidos acima, o reator de fluxo ascendente é operado a uma temperatura na faixa de cerca de 450°C a cerca de 600°C, cerca de 480°C a cerca de 590 C, cerca de 480°C a cerca de 550°C, ou cerca de 530°C a cerca de 620°C. Além disso, na etapa de introdução (etapa a) ii)), a razão de carregamento sendo de cerca de 10:1 a cerca de 200:1, e mais preferivelmente cerca de 10:1 a cerca de 30:1.

Em outros exemplos dos métodos descritos acima, o reaquecedor é operado a uma temperatura na faixa de cerca de 600°C a cerca de 9002C, cerca de 600°C a cerca de 815°C, ou cerca de 700°C a cerca de 800°C. A presente invenção também se refere aos métodos definidos acima, onde antes da etapa de aperfeiçoamento, a matéria prima é introduzida na etapa de separação de pré-aperfeiçoamento que separa uma porção leve de um componente pesado da matéria prima, e o componente pesado é submetido ao processamento térmico rápido. Em uma modalidade preferida, o componente leve da etapa de separação de pré-aperfeiçoamento pode ser combinado com uma fração leve derivada de uma etapa de separação de pós-aperfeiçoamento (por exemplo, em uma torre a vácuo) para fabricação de um óleo pesado e/ou produto aperfeiçoado que satisfaz os requisitos do mercado ou consumidor.

Uma torre a vácuo (ou torre de destilação a vácuo) empregada como a etapa de separação de pós-aperfeiçoamento nos métodos definidos acima difere de um sistema de fracionamento atmosférico ou outro recipiente de coleta/condensação atmosférica, pelo que funciona sob vácuo em temperaturas altas, para separar e remover um componente de óleo leve (ou óleo leve a vácuo) de um componente líquido relativamente mais leve. Uma torre a vácuo é vantajosa, pelo que é eficaz na obtenção de um corte mais estreito do componente de óleo leve, pelo que aumentando o rendimento de componentes líquidos mais valiosos e mais leves obtidos da etapa de aperfeiçoamento. Isso permite a criação de um produto final que seja mais fácil de ser transportado. A criação de um produto de óleo pesado ou produto de óleo leve muito baixo possui o benefício de permitir que o produto final seja enviado a uma refinaria que não possui um formador de coque ou outras capacidades de manusear o óleo leve. Em uma modalidade adicional, uma ou mais das porções leves podem ser usadas como um agente de saturação no sistema de aperfeiçoamento.

Além disso, o produto fabricado pode ser talhado às necessidades do mercado ou consumidor. Por exemplo, a qualidade do produto final pode ser ajustada por alteração do número de passagens através do sistema. Em uma primeira modalidade, uma etapa de separação de pré-aperfeiçoamento cria uma primeira porção leve e uma primeira porção pesada. A primeira porção pesada pode então ser usada como uma matéria prima de hidro-carboneto pesado, que é então aperfeiçoada. 0 processo de aperfeiçoamento cria um produto de óleo leve e um produto de óleo pesado, onde o produto de óleo leve geralmente possui um ponto de fusão de menos de 350-400°C e o produto de óleo pesado geralmente possui um ponto de fusão acima de 350-400°C. 0 produto de óleo pesado pode ser processado em uma etapa de separação de pós-aperfeiçoamento, para fabricação da segunda parte leve e da segunda parte pesada. A segunda parte leve pode ser combinada com uma primeira porção leve para fabricação de um produto altamente aperfeiçoamento ou produto de óleo pesado com uma porcentagem de óleo leve muito baixa. 0 segundo produto pesado pode ser reprocessado através do sistema ou conforme detalhado aqui, o produto pesado pode ser usado para gerar energia para o sistema e/ou instalação. Em uma modalidade adicionalmente preferida, a porção do produto de óleo leve obtido do fracionador é alimentada através de uma linha de transferência para atuar como um agente de saturação. 0 ponto de entrada do agente de saturação pode estar entre a seção aquecida e o fracionador ou em outros pontos dentro do sistema.

Preferivelmente, o produto de óleo pesado pode ser enviado a uma das três passagens, cada uma provendo vários níveis de reciclagem do produto pesado. A primeira passagem se destina a alimentar o produto de óleo pesado de volta ao sistema em um ponto de entrada da matéria prima. Uma segunda passagem se destina a processar a porção de óleo pesado em uma etapa de separação de pós-aperfeiçoamento, que semelhante ao processo descrito acima, separa a entrada (nesse caso a porção de óleo pesado) em uma fração leve e uma fração pesada. A terceira passagem se destina a combinar o produto de óleo pesado com o produto bruto inicial no processo de pré-separação, que então cria uma porção leve e uma porção pesada, onde a porção pesada pode então ser usada como um suplemento para a matéria prima. Modificando-se o processo dentro dessas modalidades e passagens alternativas, o produto aperfeiçoado final ou sem de óleo pesado pode ser talhado com base nas preferências do mercado e do consumidor. Por exemplo, para converter mais da matéria prima em produto, um processo de reciclagem pode ser utilizado ao invés de um processo de passagem simples.

Toda ou uma parte da corrente de produto ou o óleo leve pode ser convertido em uma forma de energia (por exemplo, vapor) para uso por uma unidade de produção de petróleo, pelo que, permitindo que o processo seja modificado ou talhado para satisfazer as necessidades de energia da instalação específica. Qualquer um dentre a corrente de produto ou o óleo leve que é convertido em uma forma de energia pode ser reciclado por uma etapa de aperfeiçoamento adicional envolvendo processamento térmico rápido, para produzir uma mistura de produto adicional que pode ser separada empregando a etapa de separação pós aperfeiçoamento em uma quantidade adicional da fração de óleo leve do óleo pesado. 0 método da presente invenção é vantajoso pelo que ele pode ajustar a quantidade de corrente de produto ou material de óleo leve que é submetida ao reciclo, com base nas exigências de energia de uma unidade de produção de petróleo. Com base nas exigências de energia da unidade de produção de petróleo, a quantidade da corrente de produto ou de óleo leve que é submetida ao reciclo pode ser aumentada ou diminuída em relação ao nível preexistente de reciclagem. Especificamente, se a unidade de produção de petróleo não precisar de qualquer fonte externa de energia, então toda ou quase toda a corrente de produto ou óleo leve pode ser reciclada. De forma contrária, se a unidade de produção de petróleo requer uma grande quantidade de energia para sustentar sua operação, então uma porção maior da corrente de produto ou do material de óleo leve pode ser transportada para a unidade de produção de petróleo para conversão em energia ou ser convertida diretamente na forma de energia, que é subsequentemente conduzida para a instalação. Além disso, a instalação preferivelmente é capaz de obter energia adicional na forma de calor sensível capturado devido à proximidade da unidade de conversão com o consumidor de energia.

Em um exemplo adicional, os métodos descritos acima podem compreender adicionalmente o isolamento de VGO da fração leve. A presente invenção também se refere ao método conforme definido acima, onde a temperatura do reator de fluxo ascendente é inferior a 750°C, onde o tempo de residência é preferivelmente de cerca de 0,01 a cerca de 20 segundos, mais preferivelmente cerca de 0,1 a cerca de 5 segundos, mais preferivelmente, cerca de 0,5 a cerca de 3 segundos e onde o portador de calor particulado é areia de sílica.

Essa invenção também se refere ao método acima, onde os contaminantes, incluindo carbono Conradson (coque), BS&W, níquel e vanádio são removidos ou reduzidos da matéria prima no portador de calor ou capturados no sistema de condicionamento de gás combustível residual.

Em outro aspecto, a presente invenção provê um sistema compreendendo: i) um reator de fluxo ascendente compreendendo: a) pelo menos um injetor em pelo menos uma das várias localizações ao longo do reator de fluxo ascendente, para introdução da matéria prima de hidrocarboneto pesado no reator de fluxo ascendente, b) um portador de calor particulado, o portador de calor particulado presente em uma razão de carga de cerca de 10:1 a cerca de 200:1, ou mais especificamente de 10:1 a 30:1, com relação à matéria prima de hidrocarboneto pesado; c) uma entrada, para introdução do portador de calor particulado, a entrada localizada abaixo de pelo menos um dispositivo de injeção, d) uma seção de conversão dentro do reator de fluxo ascendente; e ii) uma torre a vácuo.

Os sistemas podem compreender, adicionalmente: a) um pré-aquecedor para pré-aquecimento da matéria prima de hidrocarboneto pesado; b) um separador na saída do reator de fluxo ascendente para separar produtos gasosos e líquidos do portador de calor particulado; c) um regenerador de portador de calor particulado regenerador ou reaquecedor; d) uma linha de recirculação de portador de calor particulado do dispositivo de regeneração para a entrada do reator, de modo a fornecer o portador de calor particulado à seção de mistura; e e) um elemento de condensação para resfriamento, condensação e coleta dos produtos líquidos; f) dispositivo de coleta adicional, tal como desem-baçadores, filtros e recipientes com abertura; ou g) um dispositivo de gás de reciclo para fornecimento de meios de transporte ao reator de fluxo ascendente A presente invenção também se refere ao sistema definido acima, onde o sistema e os métodos podem ser configurados e modificados com base nas exigências de energia da unidade de produção de petróleo. A presente invenção também se refere ao sistema definido acima, que compreende, adicionalmente, um elemento de condensação aquecido antes do elemento de condensação e, opcionalmente, um recirculador de produto de fração pesado do elemento de condensação aquecido para pelo menos um injetor do reator de fluxo ascendente. A presente invenção também se refere ao sistema definido acima, onde os vários locais incluem locais distribuídos ao longo do comprimento do reator. A fração de óleo leve ou uma porção da corrente de produto, produzida de acordo com a presente invenção pode ser usada, vantajosamente, para fornecer as exigências de energia de uma unidade de produção de petróleo no sítio ou fora do sítio, e, portanto, eliminar tanto parcial quando completamente a necessidade de outras fontes de energia mais caras, tais co- mo, gás natural, pelo que, controlando o custo da extração do óleo. Por exemplo, a fração de óleo leve, ou uma porção da corrente de produto, pode ser obtida de acordo com a presente invenção e pode ser usada para substituir parcial ou completamente o gás natural como uma fonte de energia para geração de vapor para uso no processo de extração de óleo, por exemplo, Drenagem por Gravidade Auxiliada por Vapor (SAGD). A fração de óleo leve, ou uma porção da corrente de produto, obtida conforme definido aqui pode portanto atuar como uma fonte de energia barata e alternativa, que é produzida no sítio. Isso pode resultar em custos de operação reduzidos. Adicionalmente, a capacidade de usar energia produzida da corrente de subproduto permite que o sistema seja talhado para as necessidades de energia do sítio específico ou instalações.

Conforme observado em mais detalhes a seguir, pelo processamento de uma matéria prima de hidrocarboneto pesado empregando processamento térmico rápido, em combinação com a etapa de separação pós-aperfeiçoamento (por exemplo, através de a torre a vácuo), pode ser obtido um rendimento maior do produto de óleo pesado. 0 emprego de uma torre de vácuo permite a obtenção de um corte mais estreito do componente de óleo leve que o obtido apenas com uma coluna de fracionamento atmosférico. Isso resulta em um rendimento aumentado de componentes líquidos mais leves, mais valiosos, obtidos da etapa de aperfeiçoamento. De modo a aumentar adicionalmente os rendimentos de óleo de gás, uma torre a vácuo pode ser operada em um modo de corte profundo onde os pontos de corte mais altos são implementados. Adicionalmente, quando do acoplamento do processamento de matéria prima de hidrocarboneto pesado empregando processamento térmico rápido e torre a vácuo, o sistema pode ser usado no sítio em uma unidade de produção de petróleo e o produto obtido pode ser talhado para os requisitos do mercado ou consumidor. Vantajosamente, empregando o sistema da presente invenção, todo ou parte do requisito de energia da unidade de produção de petróleo pode ser derivado da corrente de produto líquido ou óleo leve produzido durante o processamento da matéria prima de hidrocarboneto pesado.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A presente invenção se refere ao processamento térmico rápido (RTP™) de matéria prima bruta e viscosa para fabricação de um produto aperfeiçoado. Mais especificamente, essa invenção se refere a um processo de aperfeiçoamento e aparelho para produção de um produto líquido substancialmente de óleo pesado ou outro desejado, aperfeiçoado a partir de uma matéria prima de hidrocarboneto pesado. A figura 1 é um desenho esquemático de um exemplo de uma modalidade da presente invenção, com relação a um sistema para o processamento pirolítico das matérias primas. As linhas A-D e I-L indicam orifícios de amostragem opcionais. A figura 2 é um desenho esquemático de um exemplo de uma modalidade da presente invenção, com relação ao sistema de alimentação para introdução da matéria prima ao sistema para o processamento pirolítico das matérias primas. A figura 3 é um desenho esquemático de um exemplo de uma modalidade da presente invenção, com relação ao o sistema de alimentação para introdução de matéria prima no processo de aperfeiçoamento empregando o sistema para o processamento pi-rolítico das matérias primas conforme descrito aqui. A figura 4 é um desenho esquemático de um exemplo de uma modalidade da presente invenção, com relação ao sistema de recuperação para obtenção da matéria prima de modo a ser tanto coletada do condensador primário ou sistema de fracionamento interno e/ou reciclada de volta para o reator de fluxo ascendente. A figura 5 é um desenho esquemático de um exemplo de uma modalidade da presente invenção, com relação ao fracionamento interno para processamento pirolítico das matérias primas. As linhas A-E, e I-N indicam orifícios de amostragem opcionais . A figuras 6-7 são esquemas ilustrando exemplos de processos de acordo com a presente invenção de formação de uma fração de óleo leve de óleo pesado de uma matéria prima de hi-drocarboneto pesado e m produto de óleo leve que pode ser reciclado ou ser empregado para gerar energia para uso em uma unidade de produção de petróleo.

Deve ser observado que os elementos de estruturas semelhantes ou funções são geralmente representados por números de referência semelhantes para fins ilustrativos através de todas as figuras. Deve ser observado que as figuras se destinam apenas a facilitar a descrição das modalidades preferidas .

DESCRIÇÃO DA MODALIDADE PREFERIDA A presente invenção se refere ao processamento térmico rápido (RTF™) de uma matéria prima bruta e viscosa para fabricação de um produto aperfeiçoado. Mais especificamente, essa invenção se refere a um processo de aperfeiçoamento e aparelho para produção de um produto líquido de óleos substancialmente pesado ou outro produto aperfeiçoado desejado de uma matéria prima de hidrocarboneto pesado. A descrição que se segue é de uma modalidade preferida e apenas exemplar, que não limita a combinação de aspectos necessários para realização da invenção. A presente invenção provê um método para produção de produto de óleo pesado e/ou produto aperfeiçoado que satisfaz os requisitos do mercado ou do consumidor de uma matéria prima de hidrocarboneto pesado, por exemplo, um óleo pesado ou betume , compreendendo: a) aperfeiçoamento da matéria prima de hidrocarboneto pesado por um método compreendendo: i) provisão de um portador de calor particulado ao reator de fluxo ascendente; ii) introdução da matéria prima de hidrocarboneto pesado ao reator de fluxo ascendente, em pelo menos um local acima daquele do portador de calor particulado, de modo que uma razão de carga do portador de calor particulado para a matéria prima de hidrocarboneto pesado será de cerca de 10:1 a cerca de 200:1, onde o reator de fluxo ascendente é operado a uma temperatura de cerca de 300°C a cerca de 700°C, e iii) permitindo que a matéria prima de hidrocarboneto pesado interaja com portador de calor, com um tempo de residência inferior a cerca de 20 segundos, para fabricação de uma corrente de produto; b) separação da corrente de produto e do portador de calor particulado da mistura; e c) obtenção de um produto de óleo pesado ou produto aperfeiçoado a partir da corrente de produto empregando uma etapa de separação de pós-aperfeiçoamento empregando, por exemplo, a torre a vácuo.

Antes da etapa a)i), uma etapa de separação de pré-aperfeiçoamento pode ser adicionada para separar porções leves de uma matéria prima das porções pesadas. Esse processo resulta em uma primeira porção leve e uma primeira porção pesada. A primeira porção leve da matéria prima pode então ser usada como a matéria prima para a etapa a)ii). A primeira porção leve pode ser combinada mais tarde com o óleo pesado ou o produto aperfeiçoado obtido na etapa (c) conforme desejado. Antes da etapa de separação (etapa b), a mistura compreendendo a corrente de produto e o portador de calor particulado pode ser removida do reator. Adicionalmente, após a etapa de separação (etapa b), uma mistura de um produto gasoso e um produto líquido de uma fração leve e uma fração pesada pode ser coletada da corrente de produto por resfriamento e condensação da corrente de produto. Em uma modalidade adicional, uma porção da fração leve pode ser recirculada e usada como um material de saturação. 0 portador de calor particulado, após a etapa de separação (etapa b), pode ser regenerado em um reaquecedor, de modo a formar um portador de calor particulado regenerado, e o portador de calor particulado e regenerado pode ser reciclado para o reator de fluxo ascendente.

Fração leve de "óleo pesado" ou um "produto de óleo pesado", significam uma fração de óleo leve que contém menos de 7-8%, mais especificamente menos de 5%, mesmo mais especificamente menos de 1% de um componente de óleo leve do fundo (vácuo) em uma corrente de produto derivada de processamento térmico rápido. "Matéria prima" ou "matéria prima de hidrocarboneto pesado", geralmente significa um óleo derivado de petróleo de densidade e viscosidade altas, freqüentemente referido como (porém não limitado) à matéria bruta pesada, óleo pesado, betume (incluindo formas natural e semi-sólida de betumes fabricados) ou um óleo leve de refinaria (óleo ou asfalto). Contudo, o termo "matéria prima" também pode incluir as frações de óleo pesado dos óleos brutos de petróleo, tais como, óleos brutos da torre atmosférica ou óleos brutos duma torre a vácuo. Ele pode incluir também óleos derivados de carvão ou xisto. Adicionalmente, a matéria prima pode compreender quantidades significativas de BS&W (Sedimento Pesado e Água), por exemplo, porém não limitado a um teor de BS&W superior a 0,5% em peso. O óleo pesado e o betumem são matérias primas preferidas .

Para a finalidade do pedido, as matérias primas podem ser caracterizadas por possuir: i) TAN alto, teor baixo de enxofre, ii) TAN baixo, teor alto de enxofre, iii) TAN alto, teor alto de enxofre, ou iv) TAN baixo, teor baixo de enxofre.

Essas matérias primas de óleo pesado e betume são tipicamente viscosas e difíceis de serem transportadas. Os be- tumes compreendem, tipicamente, uma grande porção de alfalte-nos de hidrocarboneto polinucleares complexos que aumentam a viscosidade da matéria prima e alguma forma de pré-tratamento dessa matéria prima é necessária para transporte. Tal pré-tratamento inclui, tipicamente, diluição nos solventes antes do transporte.

Tipicamente, matérias primas derivadas de areia alcatroada (vide Exemplo 1 para análise dos exemplos, que não devem ser considerados como limitantes de tais matérias primas) são pré-processadas antes do aperfeiçoamento, conforme descrito aqui, a fim de concentrar betume. Contudo, o pré-processamento do betume de área oleosa pode envolver métodos conhecidos na arte, incluindo tratamentos com água quente ou fria ou extração de solvente o que produz uma solução de gás de óleo e betume. Esses tratamentos de pré-processamento separam tipicamente betume da areia. Por exemplo, um tal tratamento de pré-processamento com água envolve a formação de uma pasta de água quente-betume/NaOH contendo areia alcatroada, a areia da mesma assentando e mais água quente é adicionada para a flutuação do betume, de modo a diluir a base e garantir a remoção da areia. 0 processamento com água fria envolve moagem da areia oleosa em água e flutuação da mesma em óleo combustível, então diluição do betume com solvente e separação do betume do resíduo de água-areia. Tais produtos de betume são matéria prima candidatas para processamento ulterior, conforme descrito aqui.

Os betumes podem ser aperfeiçoados empregando o processo dessa invenção, ou outros processos, tais como, FCC, viscoredução, hidrocraqueamento, etc. 0 pré-tratamento das matérias primas de areia alcatroada pode também incluir tratamentos com água quente ou fria, por exemplo, para remover parcialmente o componente de areia antes do aperfeiçoamento da carga usando o processo conforme descrito aqui, ou outros processos de aperfeiçoamento incluindo desengraxamento (usando processamento térmico rápido conforme descrito aqui) , FCC, hidrocraqueamento, coque, viscoredução, etc. Portanto, deve ser entendido que o termo "matéria prima" também inclui matérias primas pré-tratadas, incluindo, porém não limitadas aquelas preparadas conforme descrito acima.

Matérias primas mais leves podem também ser processadas seguindo-se o método da invenção, conforme descrito aqui. Por exemplo e conforme descrito em mais detalhes a seguir, os produtos líquidos obtidos de um primeiro tratamento pirolítico, descritos aqui, podem ser adicionalmente processados pelo método dessa invenção (por exemplo, reciclo e processamento de reciclo parcial; vide figura 5 e Exemplos 3 e 4) para obter um produto líquido, caracterizado como tendo viscosidade reduzida, um teor de metal (especialmente níquel, vaná-dio) e água reduzido e um grau API maior. Adicionalmente, os produtos líquidos obtidos desses outros processos como conhecidos na arte podem também ser usados como matérias primas para o processo descrito aqui. Portanto, a presente invenção também contempla o uso de matérias primas mais leves incluindo óleos de gás, óleos de gás a vácuo, matérias brutas sobrena-dantes ou produtos líquidos pré-processados obtidos de óleos pesados ou betumes. Essas matérias primas mais leves podem ser tratadas usando o processo da presente invenção, a fim de aperfeiçoar essas matérias primas para processamento ulterior empregando, por exemplo, porém não limitado ao FCC, hidrocra-queamento, etc. 0 produto líquido que surge do processo conforme descrito aqui pode ser apropriado para transporte dentro de um oleoduto, de modo a permitir seu processamento ulterior em qualquer lugar, ou processado no sítio usando uma torre a vácuo para obter um produto de óleo pesado e/ou um produto aperfeiçoado. 0 produto obtido usando o presente método pode ser dar entrada diretamente em uma unidade capaz de aperfeiçoar adicionalmente a matéria prima, tal como, porém não limitado ao coqueamento, viscoredução ou hidrocraqueamento. Nessa capacidade, o reator pirolítico acoplado com uma torre a vácuo da presente invenção aperfeiçoa parcialmente a matéria prima, enquanto agindo como um pré-tratamento da matéria prima para processamento adicional. Além disso, o produto de óleo pesado que pode ser produzido usando os métodos e sistemas descritos aqui possui a vantagem adicional de poder ser mais facilmente transportado através de um oleoduto e ser processado em uma refinaria que não contém coque.

As matérias primas da presente invenção são processadas empregando um reator de pirólise rápida. Outros reatores de pirólise rápida com tempos de residência curtos podem também ser empregados. 0 reator pode também ser operado a uma temperatura de cerca de 450°C a cerca de 600°C ou cerca de 480°C a cerca de 550°C. Os tempos de contato entre o portador de calor e a matéria prima são preferivelmente de cerca de 0,01 a cerca de 20 segundos, mais preferivelmente cerca de 0,1 a cerca de 5 segundos, mais preferivelmente, cerca de 0,5 a cerca de 3 segundos.

Um portador de calor pode ser um sólido particulado, preferivelmente areia, por exemplo, areia silicosa. Areia si-licosa significa que qualquer areia compreendendo mais de cerca de 80% de sílica, preferivelmente mais de cerca de 95% de sílica, e mais preferivelmente mais de cerca de 99% de sílica. Fica entendido que a composição acima é um exemplo de uma areia silicosa que pode ser empregada como um portador de calor conforme descrito aqui, contudo, podem haver variações das proporções desses ingredientes dentro de outras areias silico-sas e ainda assim as mesmas são apropriadas para uso como um portador de calor. Outros veículos de aquecimento particulados ou materiais de contato conhecidos, por exemplo, argilas de caulim, zircônio, rutila, alumina de área de superfície baixa, óxidos de magnésio e cálcio podem também ser empregados.

Qualquer água presente na matéria prima vaporiza no reator durante a pirólise da matéria prima, e forma parte da corrente de produto. Essa água em conjunto com qualquer vapor empregado para atomização da matéria prima pode ser recuperado por emprego de uma unidade de recuperação tal como um separador de líquido/vapor ou uma unidade de refrigeração presente, por exemplo, em uma localização a jusante das colunas de condensação (por exemplo, condensadores 40 e 50 da figura 1) e antes dos desembaçadores (por exemplo, desembaçadores 60 da figura 1), ou em uma unidade de recuperação melhorada (45; figura 1), após os desembaçadores. 0 processamento das matérias primas empregando piró-lise rápida resulta na produção de vapores de produto e subprodutos de sólido associados ao portador de calor. Após separação do portador de calor da mistura de produto, os vapores de produto podem ser condensados de modo a obter uma corrente de produto líquido e subprodutos gasosos. Por exemplo, o que não deve ser considerando limitante, o produto líquido produzido do processamento de óleo pesado, e antes de qualquer separação, por exemplo empregando uma torre a vácuo, conforme descrito aqui, é caracterizado por possuir as seguintes propriedades : - um ponto de ebulição final de menos de cerca de 660aC, preferivelmente menos de cerca de 600aC, e mais preferivelmente menos de cerca de 540aC; - um grau API de pelo menos cerca de 12, e preferivelmente mais de cerca de 17 (quando o grau API = [141,5/gravidade específica]-131,5; quanto maior o grau API, mais leve será o material); - teor de metais bastante reduzido, incluindo V e Ni; - níveis de viscosidade muito reduzidos (mais de 25 vezes inferior aqueles da matéria prima preferida, por exemplo, conforme determinado @ 40aC), e - rendimentos de produto líquido de pelo menos 60% em volume, preferivelmente os rendimentos são de mais de cerca de 70% em volume, e mais preferivelmente eles são de mais de cerca de 80%.

Seguindo-se os métodos descritos aqui, um produto líquido obtido do processamento da matéria prima de betume, e antes de qualquer separação, que não deve ser considerada li-mitante, é caracterizado por possuir: - um grau API cerca de 8 a cerca de 25; - teor de metais bastante reduzido, incluindo V e Ni; - uma viscosidade muito reduzida de mais de 20 vezes menor em relação à matéria prima (por exemplo conforme determinado a 40aC), e - rendimentos de produto líquido de pelo menos 60% em volume, preferivelmente os rendimentos são mais de cerca de 75% em volume.

Os produtos líquidos descritos acima são então processados empregando uma etapa de separação de pós-aperfeiçoamento (por exemplo empregando a torre a vácuo) para obter um produto aperfeiçoado com um teor de óleo leve reduzido e/ou um produto de óleo pesado dependendo das preferências do mercado e do consumidor.

Um primeiro método para aperfeiçoar a matéria prima de modo a obter produtos líquidos dos quais um produto de óleo leve inferior, e/ou produto de óleo pesado aperfeiçoados podem ser obtidos empregando uma torre a vácuo, envolve um processo de passagem simples, com referência à figura 1, em resumo, o sistema de pirólise rápida inclui um sistema de alimentação geralmente indicado como (10; vide também figuras 2 e 3), que injeta a matéria prima no interior do reator (20) , um sistema de separação de portador de calor que separa o portador de calor do vapor do produto (por exemplo, 100 e 180, figura 1) e recicla o portador de calor para o sistema de reaquecimen-to/regeneração (30), um sistema de reaquecimento de portador de calor inorgânico, particulado (30) que reaquece e regenera o portador de calor, e condensadores primário (40) e secundário (50) que coletam o produto. Alternativamente, uma coluna de fracionamento, por exemplo porém não limitada a uma coluna de fracionamento atmosférica (discutida em maiores detalhes a seguir), pode ser empregada no lugar de condensadores separados para coletar o produto do vapor. Além disso, mais de uma coluna de fracionamento pode ser empregada para processar a matéria prima. Em outro exemplo, uma torre a vácuo pode ser empregada sozinha ou em conjunto com uma etapa de separação por fracionamento ou condensadores primário e secundário ou outro sistema de coleta para coletar o produto do vapor, e então usada para separar uma fração leve de óleo pesado e uma fração pesada (por exemplo de óleo leve) do produto. O produto final obtido pode variar dependendo das preferências do mercado e/ou do consumidor. Por exemplo, um produto final com uma porcentagem de óleo leve baixa pode ser gerado pelo processo que emprega um grau maior de reciclagem durante o processo de aperfeiçoamento. Assim, um processo de passagem simples tipicamente gerará um produto final com uma porcentagem de óleo leve maior que se fosse usado um processo de reciclagem ou reciclagem parcial.

Preferivelmente, antes do processo de aperfeiçoamento, a matéria prima inicial ou bruta é processada em uma etapa de separação de pré-aperfeiçoamento. Essa etapa de separação de pré-aperf eiçoamento cria uma primeira fração leve e uma primeira fração pesada. Conforme discutido a seguir, a primeira fração leve pode ser adicionada ao produto leve produzido durante o fracionamento para criar um óleo pesado ou produto de óleo leve muito baixo. A primeira porção pesada pode ser usada como a matéria prima para o processo de aperfeiçoamento. A matéria prima pré-aquecida entra no reator abaixo da zona de mistura (170) e é contatada pela corrente de fluxo a montante do veículo aquecido dentro de um fluido de transporte, que tipicamente é um gás de reciclo fornecido por uma tubulação de gás de reciclo (210). A matéria prima pode ser obtida após passagem através de uma coluna de fracionamento, onde um componente gasoso da matéria prima é removido, e o componente não volátil é transportado para o reator para processamento adicional. A mistura e a transferência de aquecimento por condução rápidas do portador de calor para a matéria prima acontecem na seção de conversão de tempo de residência curto do reator. A matéria prima pode entrar no reator através de pelo menos um dos vários locais ao longo do comprimento do o reator. Os diferentes pontos de entrada indicados nas figuras 1 e 2 são exemplos não limitantes de tais locais de entrada. Pela provisão de vários pontos de entrada ao longo do comprimento do reator, o período do tempo de residência dentro do reator pode variar. Por exemplo, para tempos de residência mais longos, a matéria prima entra no reator em um local na parte inferior do reator, enquanto, para tempos de residência mais curtos, a matéria prima entra no reator em um local na parte superior do reator. Em todos os casos, a matéria prima introduzida se mistura com o portador de calor de fluxo a mon- tante dentro da zona de mistura (170) do reator. Os vapores de produto obtidos durante a pirólise são resfriados e coletados empregando um dispositivo condensador apropriado (40, 50, figura 1) e/ou uma coluna de fracionamento, para obter um produto líquido. Em uma modalidade preferida, uma torre a vácuo pode ser empregada sozinha ou em conjunto com os condensadores primário e secundário e/ou a etapa de separação por fraciona-mento para coletar o produto do vapor, e então usada para separar uma fração substancialmente leve de óleo pesado e uma fração pesada (por exemplo, óleo leve) do produto, conforme descrito em detalhes a seguir. O emprego de uma torre a vácuo traz a vantagem de ser mais capaz de separar as porções leves dos vapores da porção pesada, pelo que, conduzindo a um produto com uma porcentagem de óleo leve baixa. Em uma modalidade adicional, a fração de líquido leve pode ser usada como um material para saturação. O emprego da fração de líquido leve traz uma vantagem, uma vez que a mesma é composta de frações isentas de óleo leve ou baixas, existe uma propensão menor de formação de coque. Portanto, o emprego de materiais de óleo leve mais baixos e leves como um agente de saturação é preferível aos agentes que possuem uma porcentagem de óleo leve maior.

Um produto de óleo pesado pode ser coletado e isolado empregando um sistema de condensação e/ou uma etapa de separação por fracionamento durante a pirólise e pode ser empregado para gerar energia para as instalações de produção de óleo conforme descrito aqui. Em uma modalidade adicional, o produto de óleo pesado, que geralmente entra em ebulição a uma temperatura superior a 300-400°C, é reciclado ou parcialmente reciclado através do sistema empregando uma das três passagens. Na primeira passagem, o produto de óleo pesado pode ser empregado como a matéria prima e/ou adicionado à matéria prima pesada e pode ser reprocessado através do sistema aquecido. Em uma segunda passagem, o produto de óleo pesado pode ser processado por uma etapa de separação de pós-aperfeiçoamento para criar um para criar um corte leve e corte pesado. 0 corte leve pode ser adicionado às outras frações leves produzidas e/ou ser empregado como um agente de saturação. 0 corte pesado pode ser empregado para gerar energia e/ou ser adicionalmente reciclado. A terceira passagem para o produto de óleo pesado se destina a processar o produto de óleo pesado na etapa de separação de pré-aperfeiçoamento, o que cria um corte leve e um corte pesado que podem ser adicionalmente transferidos /processados.

Em \ima modalidade adicional, (figura 5), a matéria bruta pode ser adicionada ao fracionador de aperfeiçoamento interno ou sistema de condensação diretamente de modo a prover um corte interno de uma porção leve e uma porção pesada. A porção pesada pode ser dirigida ao reator de fluxo ascendente, e/ou ao e sistema de fracionamento pós-aperfeiçoamento, e/ou a um sistema de conversão de energia apropriado.

Fica entendido que outros sistemas de pirólise rápida, compreendendo diferenças no projeto do reator, que utilizam veículos de aquecimento alternativos, separadores de portador de calor, números ou tamanhos diferentes de condensa-dores ou dispositivos de condensação diferentes podem ser em- pregados par a preparação do produto aperfeiçoado dessa invenção. 0 reator é operado preferivelmente a uma temperatura de cerca de 450°C a cerca de 600°C, mais preferivelmente cerca de 480°C a cerca de 550°C.

Seguindo-se a pirólise da matéria prima na presença do portador de calor, contaminantes contendo coque presentes no interior da matéria prima são depositados no portador de calor. Esses contaminantes incluem metais (tal como níquel e vanádio), nitrogênio e enxofre. 0 portador de calor portanto requer regeneração antes da reintrodução na corrente de reação . 0 portador de calor é regenerado no reaquecedor ou rege-nerador de areia (30, figuras 1 e 5). O portador de calor pode ser regenerado através da combustão no interior de um leito fluidifiçado do reaquecedor de areia (30) a uma temperatura de cerca de 600°C a cerca de 900°C, preferivelmente de 600°C a 8152C, mais preferivelmente de 700°C a 800SC. Adicionalmente, conforme necessário, os depósitos também podem ser removidos do portador de calor por um tratamento com ácido. O portador de calor regenerado e aquecido é então reintroduzido no reator (20) e atua como um veículo de aquecido para pirólise rápida. O sistema de alimentação (10, figura 2) fornece uma matéria prima pré-aquecida ao reator (20) . Um exemplo de um sistema de alimentação que não deve ser considerado limitante, de que forma for, é mostrado na figura 2, contudo, outras modalidades do sistema de alimentação se encontram dentro do escopo da presente invenção, por exemplo, porém não limitado à unidade pré-aquecedora de alimentação, conforme mostrado na figura 5 (discutida a seguir), e que pode ser opcionalmente empregada em conjunto com um sistema de alimentação (10; figura 5). O sistema de alimentação (geralmente mostrado como 10, figura 2) é projetado, de modo a prover um fluxo regulado da matéria prima pré-aquecida à unidade de reator (20) . O sistema de alimentação mostrado na figura 2 inclui um tanque de carga de pré-aquecimento da matéria prima (110), que é aquecido empregando aquecedores externos de faixa (130) a 802C, e está associado à uma bomba de recirculação/transferência (120) . A matéria prima é contentemente aquecida e misturada nesse tanque a 802C. A matéria prima aquecida é bombeada do tanque de carga para um tanque de alimentação primária (140), também aquecida empregando aquecedores externos de faixa (130), conforme necessário. Contudo, fica entendido que podem ser feitas modificações no sistema de alimentação, de modo a prover uma matéria prima aquecida ao reator. O tanque de alimentação primária (140) pode também ser equipado com uma bomba de recircu-lação/distribuição (150). As tubulações de transferência tracejadas de aquecimento (160) são mantidas a cerca de 100-300SC e pré-aquecem a matéria prima antes da entrada no reator através do bocal de injeção (70, figura 2). A atomização no bocal de injeção (70) posicionado próximo à zona de mistura (170) dentro do reator (20) pode ser realizada por qualquer meio apropriado. A disposição do bocal proveria um fluxo de material disperso homogeneamente para o reator. Por exemplo, pode ser empregada uma pressão mecânica usando atomização de fluxo de fase simples ou um bocal de atomização de fluxo de duas fases, o que não deve ser considerado como limitante. Com um bocal de atomização de fluxo de duas fases, o vapor ou gás de subprodu- to reciclado pode ser usado como um veículo. A instrumentação também é dispersa através de todo esse sistema para um controle preciso da matéria prima (por exemplo, transmissores de pressão, sensores de temperatura, controladores de CC, fluxô-metro de gás de válvulas de 3 vias, etc.) do sistema. A conversão da matéria prima é iniciada na zona de mistura (170; por exemplo figuras 1 e 2) sob temperaturas moderadas (tipicamente menos de 750°C, preferivelmente cerca de 450°C a cerca de 600°C, mais preferivelmente cerca de 480°C a cerca de 550°C) e continua através da seção de conversão dentro da unidade de reator (20) e conexões (por exemplo, tubulações, trabalho de duto) até o sistema de separação primária (por exemplo, 100) , onde o volume do portador de calor é removido da corrente de vapor do produto. O portador de calor solido é o subproduto de coque solido são removidos da corrente de vapor de produto em uma unidade de separação primária. Preferivelmente, o vapor da corrente de produto é separado do portador de calor, tão rapidamente quanto possível, após saída do reator (20), de modo que o tempo de residência do vapor da corrente de produto na presença do portador de calor é tão curto quanto possível. A unidade de separação primária pode ser qualquer dispositivo de separação de sólidos apropriado, por exemplo, porém não limitado a um separador do tipo ciclone, um separador de feixe em U ou separador Rams Horn como são bem conhecidos na arte. Um separador do tipo ciclone é mostrado diagrama-ticamente nas figuras 1, 3 e 4. O separador de sólidos, por exemplo, um ciclone primário (100) , é ajustado, preferivelmen- te, com um revestimento resistente a alta abrasão. Quaisquer sólidos que evitam a coleta no sistema de coleta primário são transportados à jusante e podem ser recuperados em uma unidade de separação secundária (180). A unidade de separação secundária pode ser a mesma que a unidade de separação primária ou pode compreender um dispositivo de separação de sólidos alternativo, por exemplo, porém não limitado a um separador do tipo ciclone, por exemplo, um separador Rams Horn ou um separador de colisão, como são conhecidos na técnica. Um separador do tipo ciclone secundário (180) é graficamente representado nas figuras 1 e 4, contudo, outros separadores podem ser usados como uma unidade de separação secundária.

Os sólidos foram removidos nos sistemas de coleta primário e/ou secundário são transferidos para um recipiente para regeneração do portador de calor, por exemplo, porém não limitado a um sistema de reaquecedor de contato direto (30). Em um sistema de reaquecedor de contato direto (30), os gases de subproduto e de coque são oxidados para prover energia térmica de processo que é diretamente transportada para o portador de calor sólido (por exemplo, 310, figuras 1, 5) bem como regeneração do portador de calor. A temperatura do reaquecedor de contato direto é mantida, independente do sistema de conversão de matéria prima (reator). Contudo, conforme indicado acima, outros métodos para a regeneração do portador de calor podem ser empregados, por exemplo porém não limitado a um tratamento ácido. A corrente de produto aquecido da unidade de separação secundária pode ser saturada em uma coluna de coleta pri- mária (ou condensador primário, 40; figura 1). A corrente de vapor é rapidamente resfriada da temperatura de conversão para menos de cerca de 400°C. Preferivelmente a corrente de vapor é resfriada para menos de cerca de 350°C - 400°C. O produto é drenado da coluna primária e pode ser bombeado (220) para os tanques de armazenamento de produto e/ou reciclado dentro do reator, descritos abaixo e/ou direcionado para a etapa de separação de pré-aperfeiçoamento e/ou direcionado para a etapa de separação de pós-aperfeiçoamento, e/ou direcionada para a unidade de conversão apropriada para recuperação de energia. Um condensador secundário (50) pode ser empregado para coletar qualquer material (225) que sai do condensador primário (40). O produto drenado do condensador secundário (50) é também bombeado (230) para os tanques de armazenamento de produto e/ou usado como um meio de saturação, conforme descrito a seguir. O gás não condensável remanescente é comprimido em um soprador (190) e uma porção é retornada para o sistema de portador de calor regeneração (30) através da tubulação (200) e o gás remanescente é retornado para o reator (20) pela tubulação (210) e atua como um portador de calor e meio de transporte. A corrente de produto aquecido pode ser saturada na tubulação de transferência entre a seção aquecida e a coluna de fracionamento ou separação e/ou diretamente na coluna de fracionamento ou separação ou em qualquer coluna projetada para prover seções diferentes de líquido e uma seção superior de vapor. Um exemplo não limitante de uma coluna de fracionamento é uma coluna de fracionamento atmosférica, que provê três seções diferentes para recuperação de líquido. Contudo, as colu- nas de fracionamento compreendendo menos ou mais seções para recuperação de líquido podem também ser usadas. A seção inferior de uma coluna de fracionamento pode produzir normalmente uma corrente de líquido ou produto de óleo pesado que é reciclado de volta para o reator através da tubulação 270. Em uma modalidade preferida, o produto de óleo pesado é reciclado ou parcialmente reciclado através do sistema empregando uma das três passagens. Na primeira passagem, o produto de óleo pesado pode ser empregado como a matéria prima e/ou adicionado à matéria prima pesada e ser reprocessado através do sistema aquecido. Em uma segunda passagem, o produto de óleo pesado pode ser processado por uma etapa de separação de pós-aperfeiçoamento para criar um corte leve e corte pesado. O corte leve pode ser adicionado às outras frações leves produzidas e/ou ser empregado como um agente de saturação. O corte pesado pode ser empregado para gerar energia e/ou ser adicionalmente reciclado. A terceira passagem para o produto de óleo pesado se destina a processar o produto de óleo pesado na etapa de separação de pré-aperfeiçoamento, que cria um corte leve e um corte pesado que podem ser adicionalmente transferidos /processados . A seleção dessas três passagens que são usadas podendo ser modificada conforme desejado, com base nas preferências do mercado e consumidor.

Em outra modalidade, os vapores dessa seção inferior, que são também denominados componentes voláteis, são enviados a uma seção mediana que pode produzir uma corrente que é resfriada e enviada aos tanques de armazenamento de produto. Os vapores ou componentes voláteis, da seção mediana são dire- cionados para a seção superior. A seção superior pode produzir um material bruto que pode ser resfriado e direcionado aos tanques de armazenamento de produto ou ser empregado para saturação nas seções mediana e superior. 0 excesso de líquidos presentes nessa coluna é resfriado e enviado ao armazenamento de produto e os vapores da parte superior da coluna podem então ser adicionalmente coletados nos condensadores a jusante e/ou desembaçadores, e/ou filtros e/ou tambores com abertura. Nenhum gás condensável é usado para as necessidades de gás de reciclo. 0 líquido resfriado da seção superior e/ou mediana pode ser empregado como um meio de saturação para a linha de transferência de vapor. A coluna de fracionamento é operada tipicamente em ou próximo à pressão atmosfera. Uma coluna de fracionamento é configurada, de modo geral, para recuperar e coletar a maior parte (isto é, > 80%) do produto líquido produzido pela etapa de processamento térmico rápido. 5-20% do produto líquido produzidos podem, contudo, sair da parte superior da coluna de fracionamento, porém podem ser coletados em um ou mais coletores /condensadores a jusante, desembaçadores, e/ou recipientes com abertura. Em geral, os materiais em ebulição a uma temperatura de cerca de 300°C - 400°C e acima são coletados na parte inferior da coluna de fracionamento e os materiais em ebulição abaixo de 300°C - 400°C são coletados na parte superior do condensador e/ou dispositivos de coleta a jusante. Os materiais coletados na parte inferior de uma coluna de fracionamento podem ser dirigidos a uma torre a vácuo a jusante ou a uma das três passagens discutidas acima.

Em outro exemplo, os vapores do produto aquecido podem ser coletados em um ou mais condensadores, que são acoplados a uma torre a vácuo, ou uma coluna de fracionamento atmosférica acoplada a uma torre a vácuo, ou podem ser coletados em uma torre a vácuo sozinha. Uma torre a vácuo pode então ser empregada para separar a corrente de produto em uma fração leve como um produto de óleo pesado e uma fração pesada (isto é, "óleo leve" ou "óleo leve a vácuo"; tipicamente materiais que entram em ebulição acima de cerca de 535°C - 565°C).

Em um exemplo adicional, a matéria prima bruta é introduzida dentro de uma coluna de fracionamento, antes da etapa de aperfeiçoamento (pré-fracionamento), para separar um componente líquido leve da matéria prima e de um componente pesado. 0 componente pesado derivado da matéria prima bruta é então submetido a etapa de aperfeiçoamento, empregando processamento térmico rápido. Os vapores do produto aquecido derivados da etapa de aperfeiçoamento são então coletados em um ou mais condensadores, que são acoplados a uma torre a vácuo, ou uma coluna de fracionamento atmosférica acoplada a uma torre a vácuo, ou coletados em uma torre a vácuo única. Uma torre a vácuo pode então ser empregada para separar a corrente de produto em uma fração leve como um produto substancialmente de óleo pesado e uma fração pesada (isto é, "óleo leve" ou "óleo leve a vácuo") e o componente leve inicialmente derivado da matéria prima bruta é combinado com a fração leve derivada da torre a vácuo seguindo-se a etapa de aperfeiçoamento.

Uma torre a vácuo geralmente difere de outro dispositivo de fracionamento, pelo que o aquecimento deve ser adi- cionado à corrente de hidrocarboneto e temperaturas mais altas sob vácuo em temperaturas altas, de modo a separar e remover um componente "de óleo leve" ("óleo leve a vácuo) de um componente líquido relativamente mais leve. De modo contrário, uma coluna de fracionamento internamente associada ao sistema de aperfeiçoamento funciona como um resfriador/condensador que remove calor da corrente de produto em pressão essencialmente atmosférica e temperaturas intermediárias. Uma torre a vácuo fornece um corte aperfeiçoado em relação à coluna de fracionamento interno ou sistema de condensação, pelo que opera sob vácuo e pode, portanto, separar eficazmente o material que entra em ebulição (por exemplo, material possuindo um ponto de ebulição superior a 535°C) dos produtos de destilado mais leves desejados. A torre a vácuo, portanto, permite que o presente sistema e métodos obtenham um produto de óleo pesado e/ou de óleo leve muito baixo, onde a porcentagem pode ser talhada para satisfazer os requisitos do mercado e dos consumidores. Em geral, para se obter produto de óleo mais pesado ou mais leve inferior, é empregada uma conversão maior de passagem simples e/ou durante a pirólise, o material de óleo pesado é reciclado ou parcialmente reciclado através das três passagens, conforme discutido acima. Isso resultará nas etapas adicionais de separação de frações leves e pesadas, onde as frações leves podem ser agregadas para formar um produto final compósito possuindo uma porcentagem de sólidos leves dentro da faixa desejada pelo mercado ou consumidor. A fração de óleo leve, ou uma porção da corrente de produto, produzida de acordo com o método da presente invenção pode atuar como uma fonte única ou suplementar de energia para suprimento das necessidades de energia das instalações de produção de óleo. A fração de óleo leve, ou porção da corrente de produto, pode portanto, eliminar parcial ou completamente a necessidade de outras fontes de energia mais caras, tais como, de como gás natural, que são necessárias aos processos de extração de óleo, pelo que, controlando vantajosamente os custos da extração do óleo. A fração de óleo leve, ou porção da corrente de produto, pode ser convertida na forma de energia tanto no sítio quanto fora do sítio das instalações de produção de óleo. A quantidade de energia necessária para as instalações de produção de óleo pode ser regulada pelas necessidades do mercado ou do consumidor. Os métodos da presente invenção geram, tipicamente, uma quantidade útil de C02, tal que, em uma modalidade adicional, o C02 gerado pode ser empregado para recuperação aperfeiçoada do óleo usando os métodos conhecidos na arte.

Os métodos da presente invenção são configurados para determinar as exigências de energia das instalações de produção de óleo e, com base nas exigências de energia determinadas, direcionam tanto: i) transporte de toda a fração pesada da corrente de produto para as instalações de produção de óleo (para conversão em uma forma de energia, tal como, vapor ou eletricidade), ii) transporte de uma parte da fração pesada da corrente de produto para as instalações de produção de óleo para conversão em uma forma de energia (por exemplo, vapor ou eletricidade) e reciclagem da parte restante da fração pesada pa- ra o reator de fluxo ascendente, para processamento adicional em uma operação de pirólise de reciclo para fabricação de uma corrente de produto reciclado, ou iii) reciclagem de toda a fração pesada da corrente de produto para o reator de fluxo ascendente, para processamento adicional em uma operação de pirólise de reciclo, para fabricação de uma corrente de produto reciclado.

Alternativamente, com base nos requisitos determinados de energia, o método pode direcionar tanto: i) conversão de toda a fração pesada da corrente de produto em uma forma de energia (por exemplo, tal como vapor ou eletricidade) e transporte da energia para as instalações de produção de óleo, ii) conversão de uma parte da fração pesada da corrente de produto na forma de energia (por exemplo, tal como vapor ou eletricidade), transporte da energia para as instalações de produção de óleo e reciclagem da parte restante da fração pesada para o reator de fluxo ascendente, para processamento adicional em uma operação de pirólise de reciclo, para fabricação de uma corrente de produto reciclado, ou iii) reciclagem de toda a fração pesada da corrente de produto para o reator de fluxo ascendente, para processamento adicional em uma operação de pirólise de reciclo, para fabricação de uma corrente de produto reciclado.

Além da fração de óleo leve, fontes de energia adicionais produzidas pelo método da presente invenção, incluem, porém não estão limitadas ao coque produzido pelo aperfeiçoamento da matéria prima de hidrocarboneto pesado ou produzido por reciclagem do produto derivado do aperfeiçoamento da matéria prima de hidrocarboneto pesado, gás de subproduto derivado da etapa de aperfeiçoamento ou material de óleo pesado separado por uma coluna de fracionamento ou um condensador. Toda ou uma parte dessas fontes de energia adicionais pode também ser convertida em energia para uso nas instalações de produção de óleo dependendo das necessidades das instalações, além disso, ou independentemente de qualquer energia produzida da fração de óleo leve.

Uma quantidade da fração pesada da corrente de produto que não está alocada para produção de energia pode ser direcionada para o reaquecedor de modo a ser convertida em energia utilizável (por exemplo, vapor e/ou eletricidade).

Em um exemplo adicional, a matéria prima bruta é introduzida em uma etapa de separação de pré-aperfeiçoamento, para separar um componente volátil da matéria prima de uma mistura líquida derivada da matéria prima, que compreende um componente leve e um componente pesado. 0 componente pesado derivado da matéria prima bruta é então submetido à etapa de aperfeiçoamento empregando processamento térmico rápido. Os vapores do produto aquecido derivados da etapa de aperfeiçoamento são então coletados em um ou mais condensadores, que são acoplados a uma torre a vácuo, ou uma coluna de fracionamento acoplada a uma torre a vácuo, ou coletados em uma torre a vácuo única. Uma torre a vácuo pode então ser empregada para separar a corrente de produto em uma fração leve como um produto substancialmente de óleo peado e uma fração pesada (isto é, "óleo leve" ou "óleo leve a vácuo") e o componente leve inici- almente derivado da matéria prima bruta é combinado com a fração leve derivada da torre a vácuo seguindo-se a etapa de aperfeiçoamento.

Em um exemplo específico ilustrado na figura 6, uma matéria prima de hidrocarboneto pesado (400) é submetida a processamento térmico rápido em um reator RTP™ (410) de acordo com a presente invenção, para fabricação de uma mistura de produto aperfeiçoada (420), que é coletada em um ou mais elementos de condensação (430) , que são acoplados a uma torre a vácuo (440). Uma torre a vácuo (440) é empregada, então, para separar a mistura de produto aperfeiçoada (420) na fração de óleo leve substancialmente pesada (450) e uma fração pesada (460; "óleo leve" ou "óleo leve a vácuo"). Todo ou parte do óleo leve (460) pode ser convertido em uma forma de energia (por exemplo, vapor) para emprego nas instalações de produção de óleo. De modo semelhante, alguma ou toda a corrente de produto obtida após a condensação dos elementos (430) pode também ser empregada as exigências de energia dentro das instalações de produção de óleo. Qualquer uma das correntes de óleo leve ou produto que não for convertida na forma de energia pode ser reciclada por processamento térmico rápido para fabricação de uma mistura de produto adicional que pode ser separada empregando a torre a vácuo (440) em uma quantidade adicional da fração de óleo leve do fundo e/ou um produto aperfeiçoado produzido com base nos requisitos do mercado e do consumidor.

Em um exemplo adicional ilustrado na figura 7, a matéria prima de hidrocarboneto pesado (400) é primeiro separada por um fracionador (470) em um componente de óleo leve (480; Ll) e um componente de óleo pesado (490; óleo leve 1). O componente de óleo pesado (490) é então submetido ao processamento térmico rápido em um reator RTP™ (410), de acordo com a presente invenção para fabricação de uma mistura de produto aperfeiçoada (425), que é coletada em um ou mais elementos de condensação (430) , que são acoplados a uma torre a vácuo (440) . Uma torre a vácuo (440) é empregada então para separar a mistura de produto aperfeiçoada (425) em uma fração de óleo leve substancialmente pesada (455; L2) e uma fração de óleo pesado (510; óleo leve 2). As duas frações de óleo leve (Ll e L2) são então combinada para formarem uma mistura de óleo leve (500). Toda ou uma parte da fração pesada (510; óleo leve 2), ou a corrente de produto (mistura de produto aperfeiçoada produzida de 425), pode ser convertida em uma forma de energia (por exemplo, vapor) para uso nas instalações de produção de óleo. Qualquer uma da fração pesada (510; óleo leve 2), ou mistura de produto que não tenha sido convertida em uma forma de energia pode ser reciclada por processamento térmico rápido, para fabricação de uma mistura de produto adicional que pode ser separada empregando a torre a vácuo (440) em uma quantidade adicional da fração de óleo leve do fundo (L2'), que pode ser combinada com uma mistura de óleo leve (500) .

Em uma abordagem alternativa, a corrente de produto (320, figuras 1, e 3-5) derivada do processo térmico rápido, conforme revelado aqui, pode ser alimentada diretamente a um segundo sistema de processamento para aperfeiçoamento adicional, por exemplo, porém não limitado a FCC, viscoredução, hi-drocraqueamento ou outros processos de craqueamento catalíti- co. 0 produto derivado da aplicação do segundo sistema pode então ser coletado, por exemplo, em uma ou mais colunas de condensação, conforme descrito acima, ou conforme empregado tipicamente com esses sistemas de processamento secundário. Como outra possibilidade, a corrente de produto derivada do processo térmico rápido descrito aqui, pode primeiro ser condensada e então transportada, por exemplo, pelo oleoduto para o segundo sistema, ou acoplada diretamente ao segundo sistema.

Como outra alternativa, um sistema de aperfeiçoamento de hidrocarboneto pesado, primário, por exemplo, FCC, vis-coredução, hidrocraqueamento ou outros processos de craquea-mento catalítico podem ser usados como um sistema de processamento de extremidade frontal para aperfeiçoar parcialmente a matéria prima. 0 sistema de processamento térmico rápido da presente invenção pode então ser empregado tanto para aperfeiçoar a corrente de produto derivada do sistema de extremidade frontal quanto empregada para aperfeiçoar as frações de óleo leve a vácuo, frações pesadas ou outras frações de refino residual, conforme conhecidas na técnica, que são derivadas do sistema de extremidade frontal (FCC, viscoredução, hidrocraqueamento ou outros processos de craqueamento catalítico), ou ambos.

Acredita-se que o aperfeiçoamento químico da matéria prima que acontece dentro do sistema do reator, conforme descrito acima, se deva, em parte, às razões de carregamento altas do portador de calor para a matéria prima que são empregadas no método da presente invenção. As razões do veículo para carga da técnica anterior variaram, tipicamente, de 5:1 a cer- ca de 10:1. Contudo, as razões de veículo para carga descritas aqui, são de cerca de 10:1 a cerca de 200:1, resultando em uma transferência de calor ablativa e rápida do portador de calor para a matéria prima. 0 volume alto e a densidade do portador de calor dentro das zonas de mistura e conversão, asseguram que uma temperatura de processamento mais regular seja mantida na zona de reação. Dessa forma, a faixa de temperatura necessária ao processo de craqueamento descrito aqui é controlada de modo melhor. Isso também permite o emprego de temperaturas relativamente baixas para minimizar o craqueamento, enquanto garantindo que o craqueamento brando da matéria prima seja obtido. Adicionalmente, com um volume aumentado do portador de calor dentro do reator, os contaminantes e componentes indese-jados presentes na matéria prima e subprodutos de reação, incluindo metais (por exemplo níquel e vanádio), coque, e a uma extensão, nitrogênio e enxofre, são prontamente absorvidos devido à área de superfície grande presente no portador de calor. Isso assegura uma remoção ótima e eficiente dos contaminantes da matéria prima, durante o processamento pirolítico da matéria prima. Como uma área de superfície maior do portador de calor é empregada, o portador de calor propriamente não é contaminado indevidamente e qualquer metal absorvido ou coque e semelhantes é prontamente removido durante a regeneração do portador de calor. Com esse sistema, os tempos de residência podem ser cuidadosamente regulados, de modo a otimizar o processamento dos rendimentos de matéria prima e produto líquido. O produto líquido que surge do processamento de óleo de hidrocarboneto, conforme descrito aqui, possui conversão significativa da fração de óleo leve quando comparada à matéria prima. Como resultado, o produto líquido da presente invenção, produzido do processamento do óleo pesado é caracterizado, por exemplo, porém não sendo considerado como limitan-te, como tendo um grau API de pelo menos cerca de 12 e, mais preferivelmente de pelo menos cerca de 17. Contudo, conforme indicado acima, graus API maiores podem ser obtidas com uma redução no volume. Por exemplo, um produto líquido obtido do processamento de óleo pesado empregando o método da presente invenção é caracterizado por possuir cerca de 10 a cerca de 15% em volume de extremidades pesadas, cerca de 10 a cerca de 15% em volume de extremidades leves e o restante de destilados médios. A viscosidade do produto líquido obtido de óleo pesado é substancialmente reduzida dos níveis de matéria prima iniciais, a partir de 250 cSt @ 80°C, para níveis de produto de 4,5 a cerca de 10 cSt @ 80°C, ou cerca de 6343 cSt @ 40°C, na matéria prima, a cerca de 15 a cerca de 35 cSt @40°C no produto líquido. Seguindo-se um processo de passagem simples, rendimentos de líquido superiores a 80% em volume e graus API de cerca de 17, com reduções de viscosidade de pelo menos cerca de 25 vezes a da matéria prima são obtidos a (@40°C.

De modo semelhante, seguindo-se os métodos descritos aqui, um produto líquido obtido do processamento de matéria prima de betume seguindo-se um processo de passagem simples, é caracterizado por possuir, não devendo ser considerado como limitante, um aumento no grau API de pelo menos cerca de 10 (API da matéria prima é tipicamente de cerca de 8,6). Novamen- te, graus API maiores podem ser obtidas com uma redução no volume. 0 produto obtido do betume é também caracterizado como tendo uma densidade cerca de 0,93 a cerca de 1,0 e uma viscosidade muito reduzida de pelo menos cerca de 20 vezes menor em relação à matéria prima (isto é, cerca de 15 g/mL a cerca de 60 g/mL a 40°C no produto, versus a matéria prima compreendendo cerca de 1.500 g/mL). Rendimentos do produto líquido obtido do betume são de pelo menos 60% em volume e preferivelmente mais de cerca de 75% em volume. 0 produto líquido obtido conforme descrito aqui também mostrou boa estabilidade. Em um período de 30 dias foram encontradas apenas alterações imperceptíveis nos perfis Sim-Dist, viscosidade e API para produtos líquidos obtidos de óleo pesado e matérias primas de betume (vide Exemplo 1 e 2).

Também conforme revelado aqui, o processamento ulterior do produto líquido obtido do processo de óleo pesado ou matéria prima de betume pode acontecer seguindo-se o método dessa invenção. Tal processamento ulterior pode utilizar condições que são muito semelhantes ao tratamento de pirólise rápida inicial da matéria prima, ou as condições podem ser modificadas para melhorar a remoção de produtos mais leves (um processo de passagem simples ou de estágio simples com um cra-queamento brando) seguido por craqueamento adicional ou mais grave da fração reciclada.

No primeiro momento, aquele do processamento ulterior sob condições semelhantes, o produto líquido de um primeiro tratamento pirolítico é reciclado de volta para o reator de pirólise, para aperfeiçoar adicionalmente as propriedades do produto final, para produzir um produto mais leve. Nessa disposição, o produto líquido da primeira revolução da pirólise é usado como uma matéria prima para a segunda revolução da pirólise, após a fração mais leve do produto ter sido removida da corrente de produto. Adicionalmente, um reciclo composto pode também ser realizado, onde a fração pesada da corrente de produto do primeiro processo é alimentada de volta (reciclada) para o reator em conjunto com a diluição da matéria prima fresca (por exemplo figura 3, descrito em maiores detalhes a seguir).

Em um exemplo de um processo de reciclo ou reciclo parcial, uma torre a vácuo empregada em conjunto com um con-densador primário ou coluna de fracionamento é usada para separar componentes líquidos leves da matéria prima primária e da matéria prima processada dos componentes de óleo leve relativamente mais pesados, e os componentes leves combinados são transportados para o reator de fluxo ascendente, onde eles são submetidos a processamento térmico rápido. Os componentes de óleo leve podem ser empregados como uma fonte de energia nas instalações de produção de óleo descrita, ou serem submetidos a processamento ulterior para aumentar o rendimento dos componentes líquidos mais leves. 0 processamento de reciclo ou reciclo parcial obtém conversões altas da fração de óleo leve e aperfeiçoa a qualidade do produto líquido (tal como sua viscosidade) mais do que seria obtido através do processamento de estágio simples. A matéria prima reciclada é exposta às condições que craqueiam brandamente os componentes de hidrocarboneto, a fim de evitar o supercraqueamento e produção em excesso de gás e coque. Um exemplo dessas condições inclui, porém não é limitado, a injeção da matéria prima a cerca de 150°C em uma corrente de gás aquecido compreendendo o portador de calor na entrada do reator. A matéria prima é processada com um tempo de residência de menos de cerca de dois segundos dentro do reator, a uma temperatura entre cerca de 450°C a cerca de 600°C. Preferivelmente, o tempo de residência é de cerca de 0,8 a cerca de 1,3 segundos, e a temperatura do reator é de cerca de 480°C a cerca de 550°C. O produto, compreendendo materiais mais leves (e-bulições baixas) é separado (100, e 180, figura 5), e removido no sistema de condensação (40). Os materiais mais pesados (240), separados no fundo do condensador (40) são coletados e reintroduzidos no reator (20) através da tubulação 270. Os gases de produto que deixam o condensador primário (40) entram no condensador secundário (50) onde um produto líquido de viscosidade reduzida e alto rendimento (300) é coletado (vide Exemplo 5 para análises operacionais usando esse método). Com o processamento reciclado, a matéria prima é reciclada através do reator para fabricação de um produto que possa ser coletado do condensador ou etapa de fracionamento interno, pelo que, aperfeiçoando e otimizando as propriedades do produto líquido.

Sistemas de alimentação alternativos podem também ser usados conforme necessário para processamento de um ou dois, estágios, compósito ou de múltiplos estágios. Por exemplo, um sistema de aperfeiçoamento de hidrocarboneto pesado, primário, por exemplo, FCC, viscoredução, hidrocraqueamento ou outros processos de craqueamento catalítico, pode ser usado como um sistema de processamento de extremidade frontal para aperfeiçoar parcialmente a matéria prima. 0 sistema de processamento térmico rápido da presente invenção pode então ser empregado tanto para aperfeiçoar a corrente de produto derivada do sistema de extremidade frontal quanto para aperfeiçoar as frações de óleo leve a vácuo, frações pesadas ou outras frações de refino residual, como conhecido na técnica, que são derivadas do sistema de extremidade frontal (FCC, viscoredu-ção, hidrocraqueamento ou outros processos de craqueamento catalítico) ou ambos.

Portanto, a presente invenção também provê um método para processamento da matéria prima de hidrocarboneto pesado, conforme ressaltado na figura 5, onda a matéria prima (matéria prima primária ou alimentação bruta) é obtida do sistema de alimentação (10), e é transportada para a tubulação (280; que pode ser aquecida, conforme descrito anteriormente) para um condensador primário (40) ou uma coluna de fracionamento. O produto primário obtido do condensador primário/coluna de fracionamento pode também ser reciclado de volta para o reator (20) dentro da tubulação de reciclo de produto primário (270). A tubulação de reciclo de produto primário pode ser aquecida, caso necessário, e pode compreender também uma unidade pré-aquecedora (290) conforme mostrado na figura 5, para reaquecer a matéria prima reciclada para a temperatura desejada para in-trointrodução no reator (20) .

Seguindo-se o processo de reciclo conforme ressaltado acima e representado graficamente na figura 5, o produto com rendimentos superiores a 60, e preferivelmente acima de 75% (% em peso), e com as características que se segue, que não são consideradas como limitantes de que forma for, pode ser produzido tanto de betume quanto de matérias primas de óleo pesado: um API cerca de 14 a cerca de 19; viscosidade de cerca de 20 a cerca de 100 (cSt @40°C); e um teor de metais baixo (vide Exemplo 5).

Coletivamente, esses resultados mostram que uma proporção substancial dos componentes com volatilidade baixa em cada uma das matérias primas foi convertida nos componentes de volatilidade mais alta (nafta leve, querosene e diesel) no produto líquido. Esses resultados demonstram que o produto líquido pode ser substancialmente aperfeiçoado a uma qualidade apropriada para transporte pelo oleoduto. A descrição acima não pretende limitar de que forma for a invenção reivindicada, adicionalmente, a combinação discutida dos aspectos pode não ser absolutamente necessária para a solução da invenção. A presente invenção será adicionalmente ilustrada nos exemplos que se seguem. Contudo, deve ser entendido que esses exemplos são apenas para fins ilustrativos, e não devem ser usados para limitar o escopo da presente invenção, de que forma for.

Exemplo 1: Óleo pesado (Passagem Simples) 0 processamento pirolítico de óleo pesado Saskatchewan e Betume Athabasca (vide Tabela 1) foi realizado em uma faixa de temperaturas empregando um reator de pirólise de transporte de fluxo a montante.

Tabela 1: Características do óleo pesado e matérias primas de betume Composto__________________Óleo pesado11___Betume2)________ Carbono (% em peso) 84,27 83,31 Hidrogênio (% em peso) 10,51 10,31 Nitrogênio (% em peso) <0,5 <0,5 Enxofre (st%) 3,6 4,8 Cinza (% em peso) 0,02 0,02 Vanádio (ppm) 127 204 Níquel (ppm) 43 82 Teor de água (% em peso) 0,8 0,19 Grau API° 11,0 8,6 Viscosidade @ 40°C (cSt) 6.500 40.000 Viscosidade @ 60°C (cSt) 900 5.200 Viscosidade @ 80°C (cSt) 240 900 Capacidade de aromatiza- 0,31 0,35 ção (C13 NMR)_____________________________________________ 1) Óleo pesado Saskatchewan 2) Betume Athabasca (puro) Em resumo, as condições do processamento incluem uma temperatura de reator de cerca de 500°C a cerca de 620°C. As razões de carregamento para o portador de calor particulado (areia silicosa) em relação à matéria prima de cerca de 20:1 a cerca de 30:1 e tempos de residência de cerca de 0,35 a cerca de 0,7 segundos. Essas condições são ressaltadas em mais detalhes a seguir (Tabela 2).

Tabela 2: Processamento de passagem simples de óleo pesado Saskatchewan Tempera- Viscosi- Rendi- Densidade API° Rendimen- tura do dade @ mento, % @15 g/mL to, % em reator 40° C em peso volume °C________(cSt)__________________________________________________ 620 4,611 71,5 0,977 13,3 72,7 592 15,211 74,5 0,970 14,4 76,2 590 20,2 70,8 0,975 13,6 72,1 .590.......31,6........75,8......0,977........13,3....77,1........ 560 10,01* 79,92) 0,963 15,4 82,32) 560 10,011 83,03> 0,963 16,23) 86,33) 550 20,8 78,5 0,973 14,0 80,3 .5504).....15,7........59,821....0,956........16,5....61,521...... 55041 15,7 62,03) 0,956 18,32'3 65,13) 530 32,2 80,92) 0,962 15,7 82,82) 530_______32,2________83,83> 0,962________16,63> 87,13) 1) Viscosidade @ 80°C 2) Rendimentos não incluem condensação da parte superior 3) Rendimentos estimados e API com condensação na parte superior 4) Nem todos os líquidos foram capturados nessa experiência Os produtos líquidos das operações a 620°C, 592°C e 560°C foram analisados quanto a teor de metais, água e enxo- fre. Esses resultados são mostrados na Tabela 3. Os níveis de níquel, vanádio e água foram reduzidos 72, 69 e 87%, respectivamente, embora enxofre e nitrogênio tenham permanecido os mesmos ou tenham reduzido marginalmente. Nenhum metal foi encontrado concentrado no produto líquido.

Tabela 3: Análises quanto a metal dos produtos líquidos (ppm)1’ Componente Óleo pesado Operação Operação Operação _____________Saskatchewan 0 620°C____0 592°C______0 560°C

Alumínio <1 <1 11 <1 Ferro <1 2 4 <1 Níquel 44 10 12 9 Zinco 2 <121 Cálcio 4 231 Magnésio 3 1 2 <1 Boro 21 42 27 <1 Sódio 6 5 5 4 Silício 1 10 140 4 Vanádio.....127............39.........43...........39.........

Potássio 7 7 <1 4 Água (% em 0,78 0,19 0,06 0,10 peso) Enxofre (% 3,6 3,5 3,9 3,5 em peso)______________________________________________________ 1) Cobre, estanho, cromo, chumbo, cádmio, titânio, molibdênio, bário e manganês, mostraram menos de 1 ppm na matéria prima e produtos líquidos.

Os rendimentos de gás para as duas operações são apresentados na Tabela 4.

Tabela 4: Análise de teor de gás das operações de pirólise Gás (% em peso)____Operação @620°C_____Operação @ 560°C

Rendimento total 11,8 7,2 do gás Etileno 27,0 16,6 Etano 8,2 16,4 Propileno 30,0 15,4 Metano_____________24,0________________21,0_______________ O ponto de derramamento da matéria prima foi aperfeiçoado e foi reduzido de 0°C a cerca de -47,7°C. O carbono Conradson reduziu de 12% em peso para cerca de 6,6% em peso.

Com base nas análises dessas operações, valores API maiores e rendimentos de produto foram obtidos para temperaturas de reator de cerca de 530 a cerca de 560°C. Nessas temperaturas, graus API de 14 a 18,3, rendimentos de produto de cerca de 80 a cerca de 87% em volume, e viscosidades de cerca de 15 a cerca de 35 cSt (@40°C) ou cerca de 10 cST (@80°C) foram obtidos (os rendimentos da operação a 550°C não estão incluídos nessa faixa, uma vez que a captura em rendimento líquido não foi otimizada durante essa operação). Esses produtos líquidos refletem um grau significativo de aperfeiçoamento e exibem qualidades apropriadas para transporte em oleoduto. A análise de destilação simulada (SimDist) da matéria prima e do produto líquido obtidos de várias operações separadas é fornecida na Tabela 5. A análise SimDist seguiu o protocolo ressaltado no ASTM D 5307-97, que reporta o resíduo como nada com um ponto de ebulição superior a 538°C. Outros métodos para SimDist podem também ser usados, por exemplo, HT 750 (NCUT; que inclui a distribuição do ponto de ebulição para 750°C). Esses resultados indicam que mais de 50% dos componentes dentro da matéria prima expandem a temperaturas acima de 538°C. Esses são componentes de peso molecular alto com volatilidade baixa. De modo contrário, no produto líquido, a maior parte dos componentes, cerca de 62,1% do produto são mais voláteis e expandem abaixo de 538°C.

Tabela 5: Análise SimDist da matéria prima e do produto líquido após processamento de passagem simples (Temperatura do reator 538°C) Fração Temperatura Matéria prima R245 __________________rc)_____________________________________ Nafta leve <71 0,0 0,5 Nafta le- 71-100 0,0 0,3 ve/média Nafta média 100-166 0,0 1,4 Nafta/Querosene 166-193 0,1 1,0 Querosene 193-232 1,0 2,8 Diesel 232-327 8,7 14,2 VGO leve 327-360 5,2 6,5 VGO pesado 360-538 33,5 35,2 Óleo leve a vá- >538 51,5 37,9 cuo,_______________________________________________________ A matéria prima pode ser adicionalmente caracterizada com aproximadamente 0,1% de seus componentes expandindo abaixo de 193°C (fração de nafta/querosene) , versus aproximadamente 6% para o produto líquido. A fração de diesel também demonstra diferenças significativas entre a matéria prima e o produto líquido com 8,7% e 14,2% expandindo nessa faixa de temperatura (232-327°C), respectivamente. Coletivamente, esses resultados mostram que uma proporção substancial dos componentes com volatilidade mais baixa na matéria prima foi convertida nos componentes de volatilidade maior (nafta, querosene e diesel leves) no produto líquido. A estabilidade do produto líquido foi também determinada por um período de 30 dias (Tabela 6). Nenhuma alteração significativa na viscosidade, API ou densidade do produto líquido foi observada no período de 30 dias.

Tabela 6: Estabilidade dos produtos líquidos após processamento de passagem simples Fração______________Tempo = 07 dias 14 dias 30 dias Densidade @ 15,6°C 0,9592 0,9590 0,9597 0,9597 (g/cm3) ΑΡΙ (ΑΡΙ2) 15,9 15,9 15,8 15,8 Viscosidade @40°C 79,7 81,2 81,2 83,2 (cSt) Exemplo 2 Betume (Passagem simples) Várias operações empregando Betume Athabasca foram conduzidas usando o reator de pirólise de transporte de fluxo a montante. As condições de processamento incluíram uma temperatura de reator de 520 a cerca de 590°C. As razões de carga para portador de calor particulado para matéria prima foram de cerca de 20:1 a cerca de 30:1, e tempos de residência de cerca de 0,35 a cerca de 1,2 segundos. Essas condições e os produtos líquidos resultantes são ressaltados em mais detalhes a seguir (Tabela 7).

Tabela 7: Processamento de passagem simples com Betume Athabasca não diluído Temp. Viscosi- Rendi- Densi- Metais Metais API de dade @ mento, dade @ V Ni cra- 40°C % em 15°C (ppm) * (ppm) ** quea- (cSt) peso mento_________________________________________________________ 519°C 205 81,0 nd nd nd 13,0 525°C 201 74,4 0,979 88 24 12,9 528°C 278 82,7 nd nd nd 12,6 545°C 151 77,4 0,987 74 27 11,8 590°C 25,6_______74,6 0,983 nd_______nd________12,4 * matéria prima V 209 ppm ** matéria prima Ni 86 ppm Esses resultados indicam que o betume não diluído pode ser processado de acordo com o método dessa invenção, para produzir um produto líquido com viscosidade reduzida de mais de 40.000 cSt (@40°C) a cerca de 25,6 - 200 cSt (@40°C (dependendo das condições operacionais; vide também Tabelas 8 e 9), com rendimentos superiores a 75% a cerca de 85%, e um aperfeiçoamento no produto API de 8,6 a cerca de 12 - 13. Novamente, de acordo com o Exemplo 1, o produto líquido exibe aperfeiçoamento substancial da matéria prima. A análise Sim-Dist e outras propriedades do produto líquido são apresentadas na Tabela 8, e os estudos de estabilidade na Tabela 9.

Tabela 8: Propriedades e Análise SimDist da matéria prima e do produto líquido após processamento de passagem simples (Temperatura do reator 545°C) .

Fração Temperatura Matéria prima R239 (°C) ___________________________________________14 dias 30 dias Densidade -- 0,9871 0,9876 @15,5°C API -- 11,7 11,6 Viscosidade -- 162,3 169,4 @40°C

Nafta leve <71 0,0 0,2 0,1 Nafta le- 71-100 0,0 0,2 0,2 ve/média Nafta média 100-166 0,0 1,5 1,4 Naf- 166-193 0,1 1,0 1,0 ta/Querosen e Querosene 193-232 0,9 3,1 3,0 Diesel 232-327 8,6 15,8 14,8 VGO leve 327-360 5,2 7,9 7,6 VGO pesado 360-538 34,0 43,9 42,0 Óleo leve a >538 51,2 26,4 29,9 vácuo_______________________________________________________ Tabela 9: Estabilidade dos produtos líquidos após processamento de passagem simples (temperatura do reator 525°C) R232 Fração Tempe- Matéria Dia 0 7 14 3 0 ratu- prima dias dias dias _______________ra(°C)_______________________________________ Densidade Θ - 1,0095 0,979 0,980 0,981 0,981 15,6°C* API - 8,5 12,9 12,7 12,6 12,6 Viscosidade - 30380 201,1 213,9 214,0 218,5 @40°C* * Nafta leve <71 0,0 0,1 0,1 0,1 0,1 Nafta le- 71-100 0,0 0,1 0,1 0,1 0,1 ve/média Nafta média 100- 0,0 1,5 1,5 1,5 1,4 166 Naf- 166- 0,1 1,0 1,0 1,0 1,1 ta/Querosene 193 Querosene 193- 1,0 2,6 2,6 2,6 2,7 232 Diesel 232- 8,7 14,1 14,1 14,3 14,3 327 VGO leve 327- 5,2 7,3 7,3 7,4 7,4 360 VGO pesado 360- 33,5 41,3 41,3 41,7 42,1 538 Óleo leve a >538 51,5 32,0 32,0 31,2 30,8 vácuo________________________________________________________ *g./cm3 **cSt As variações leves nos valores apresentados nos estudos de estabilidade (Tabela 9 e outros estudos de estabilidade revelados aqui) estão dentro do da faixa de erro dos métodos de teste empregados e são aceitáveis na técnica. Esses resultados demonstram que os produtos líquidos são estáveis.

Esses resultados indicam que mais de 50% dos componentes no interior da matéria prima expandem em temperaturas acima de 538°C (fração de óleo leve a vácuo). Essa fração é caracterizada por componentes de peso molecular alto com volatilidade baixa. De modo contrário, nas várias operações, o produto líquido é caracterizado como compreendendo aproximadamente 68 a 74% do produto que são mais voláteis e expandem abaixo de 538°C. A matéria prima pode ser adicionalmente caracterizada com aproximadamente 0,1% de seus componentes expandindo abaixo de 193°C (fração de nafta/querosene), versus aproximadamente 2,7 a 2,9% para o produto líquido. A fração de diesel também demonstra diferenças significativas entre a matéria prima e o produto líquido com 8,7% (matéria prima) e 14,1 a 15,8% (produto líquido) expandindo nessa faixa de temperatura (232-327°C). Coletivamente, esses resultados mostram que uma proporção substancial dos componentes com volatilidade baixa na matéria prima foram convertidos nos componentes com volatilidade alta (nafta leve, querosene e diesel) no produto líquido. Esses resultados demonstram que o produto líquido foi substancialmente aperfeiçoado, e exibe propriedades apropriadas para transporte.

Exemplo 3: Compósito/reciclo da matéria prima O reator de pirólise de transporte de fluxo a montante pode ser configurado de modo que os condensadores de recuperação direcionem os produtos líquidos ao interior tubulação de alimentação para o reator (vide figuras 3 e 4).

As condições do processamento incluíram uma temperatura do reator variando de 530 a cerca de 590°C. A razão de carregamento para o veiculo de aquecimento particulado em relação à matéria prima nas operações inicial e de reciclo foi de cerca de 30:1 e tempos de residência cerca de 0,35 a cerca de 0,7 segundos foram utilizados. Essas condições são ressaltadas em mais detalhes a seguir (Tabela 10). Seguindo-se a pi- rólise da matéria prima, a fração mais leve foi removida e coletada usando um condensador de aquecimento colocado antes do condensador primário (vide figura 4), embora a fração mais pesada produto líquido tenha sido reciclada de volta para o reator para processamento adicional (vide também figura 3). Nessa disposição, a corrente de reciclo (260) compreendendo frações pesadas foi misturada com nova matéria prima (270) resultando em uma matéria prima compósita (240) que foi então processada empregando as mesmas condições como com a operação inicial dentro do reator de pirólise.

Tabela 10: Operação de compósito/reciclo empregando Óleo bruto Pesado Saskatchewan e Betume Athabasca não diluído Matéria Temp. Rendimen- API° Rendimento do Reciclo41 prima de cra- to, % em Reciclo41, % API° quea- volume em volume mento _________________________________________________________________ Óleo 590 77,111 13,3 68,6 17,1 pesado 560 86,321 16,2 78,1 21,1 550 50,111 14,0 71,6 17,8 550 65,l2'31 18,3 56,4 22,9 _________530______87, l21______16,6 78,9_____________21,0_______ Betume 590______75,221_______12,4 | 67,0___________16,0_______ 1) Rendimento e grau API incluem condensação na par- te superior (real) 2) Rendimento e grau API incluem condensação na parte superior (estimado) 3) Nem todo o líquido foi recuperado nessa operação 4) Esses valores representam a recuperação total do produto seguindo-se a operação de reciclo e presume-se a remoção de cerca de 10% da fração pesada que é reciclada até extinção. Essa é portanto, uma estimativa conservadora do rendimento, uma vez que alguma parte da fração pesada produzirá componentes mais leves que entrarão na corrente de produto, uma vez que nem toda a fração pesada se extinguirá como coque. O grau API aumentou de 11,0 na matéria prima de óleo pesado a cerca de 13 para cerca de 18,5 após o primeiro ciclo de tratamento e adicionalmente aumenta para cerca de 17 a cerca de 23 após um segundo tratamento de reciclo. Um aumento semelhante no API foi observado para betume possuindo um API de cerca de 8,6 na matéria prima, que aumenta para cerca de 12,4 após a primeira operação e para 16 seguindo-se a operação de reciclo. Com um aumento no API, há um aumento associado no rendimento de cerca de 77 a cerca de 87% após a primeira operação, a cerca de 67 a cerca de 79% seguindo-se a operação de reciclo. Portanto, uma diminuição no rendimento do líquido está associada à produção de um produto mais leve. Contudo, um produto mais leve aperfeiçoado pode ser desejado para transporte e a reciclagem do produto líquido fornece tal produto.

Exemplo 4: Tratamento de reciclo de óleo pesado Óleo pesado ou matéria prima de betume podem também ser processados empregando um processo pirolítico de reciclo que compreende um primeiro estágio, onde a matéria prima é exposta às condições que craqueiam brandamente os componentes de hidrocarboneto, a fim de evitar o supercraqueamento e a produção de gás e coque em excesso. Materiais mais leves são removidos seguindo-se o processamento no primeiro estágio e os materiais mais pesados restantes são submetidos a um craqueamen-to mais severo em temperatura mais alta. As condições de processamento ano primeiro estágio incluem uma variação de temperatura de cerca de 510 a cerca de 530°C (dados para 515°C fornecidos a seguir), embora no segundo estágio, uma temperatura de cerca de 590 a cerca de 800°C (dados para 590°C apresentados na Tabela 11) seja empregada. A razão de carregamento para portador de calor particulado em relação à matéria prima varia de cerca de 30:1, e tempos de residência de cerca de 0,35 a cerca de 0,7 segundos para ambos os estágios. Essas condições são ressaltadas em maiores detalhes a seguir (Tabela 11) .

Tabela 11: Operações de dois estágios do óleo pesado Saskatchewan Temp. de Viscosi- Rendi- Densida- API° Rendimen- craquea- dade d mento, % de @ to, % em mento, 80°C em peso 15°C volume11 °C________(cSt)_______________g/mL_____________________________ 515 5,3 29,8 0,943 18,6 31,4 590 52,6 78,9 0,990 11,4 78,1 515 & nd Nd nd 13,9 86,6 590____________________________________________________________ "nd" significa não determinado. 1) Materiais condensáveis leves não foram capturados. Portanto, esses valores são estimativas conservadoras.

Esses resultados indicam que um craqueamento inicial brando que evita o craqueamento de materiais leves em gás e coque, seguido por um craqueamento mais severo dos materiais mais leves produz um produto líquido caracterizado por um API aumentada, enquanto ainda exibindo bons rendimentos de produto .

Outras operações usando iam processo de reciclo, envolveram injeção da matéria prima a cerca de 150°C na corrente de gás aquecimento mantida a cerca de 515°C e entrando no reator a cerca de 300°C (temperatura de processamento). 0 produto, compreendendo materiais mais leves (ebulições baixas) foi separado e removido seguindo-se o primeiro estagio no sistema de condensação. Os materiais mais pesados, separados na parte inferior do ciclone foram coletados e submetidos a um craqueamento mais severo dentro do reator, a fim de renderem um produto líquido de viscosidade reduzida e alto rendimento. As condições utilizadas no segundo estágio eram uma temperatura de processamento entre cerca de 530 a cerca de 590°C. O produto do segundo estágio foi processado e coletado.

Seguindo-se tal processo de reciclo, o produto do primeiro estágio (ebulições leves) é caracterizado com um rendimento de cerca de 30% em volume, um API de cerca de 19, e uma redução de várias vezes na viscosidade em relação à matéria prima inicial. O produto de fração de ponto de ebuli- ção alta, produzido seguindo-se o processo da fração de reciclo no estágio de reciclo é tipicamente caracterizado com um rendimento maior de cerca de 75% em volume e um grau API de cerca de 12 além de uma viscosidade reduzida em relação à fração reciclada de matéria prima.

Exemplo 5: Tratamento de reciclo de óleo pesado e betume, empregando matéria prima para saturação dentro do con-densador primário. Óleo pesado ou matéria prima de betume podem também ser processados empregando um processo pirolítico de reciclo, conforme ressaltado na figura 5. Nesse sistema, o reator de pirólise de transporte de fluxo a montante é configurado, tal que o condensador de recuperação primário dirige o produto líquido para a tubulação de alimentação de volta ao reator e a matéria prima é introduzida no sistema, no condensador primário, onde ela satura os vapores de produto produzidos durante a pirólise.

As condições do processamento incluíram uma temperatura do reator variando de cerca de 530 a cerca de 590°C. A razões de carregamento para o portador de calor particulado com relação à matéria prima para a operação inicial e de reciclo são de cerca de 20:1 a cerca de 30:1, e tempos de residência de cerca de 0,35 a cerca de 1,2 segundos foram utilizados. Essas condições são ressaltadas em mais detalhes a seguir (Tabela 12). Seguindo-se a pirólise da matéria prima, a fração mais leve é avançada para o condensador secundário, enquanto a fração mais pesada do produto líquido obtido do condensador primário é reciclada de volta para o reator para processamento adicional (figura 5).

Tabela 12: Caracterização do produto líquido obtido seguindo-se o processamento de múltiplos estágios do óleo pesado Saskatchewan e do betume Temp. de Viscosi- Rendi- Densidade API° Rendi-craqueamento dade @ mento, @ 15,6°C mento, % °C 40°C % em g/mL em volu- _______________(cSt)_____peso_________________________me)______ Óleo pesado 543 80 62,6 0,9592 15,9 64,9 557 24 58,9 0,9446 18,2 62,1 ..561..........53........7 0,9....0,9568......16,8....74,0.....

Betume 538__________40________61,4 0,9718 14,0 71,1 Os produtos líquidos produzidos do processamento de múltiplos estágios da matéria prima exibiram propriedades apropriadas para transporte com viscosidade muito reduzida de 6.343 cSt (@40°C) para óleo pesado e 30.380 cSt (@40°C) para betume. De modo semelhante, o API aumentou de 11 (óleo pesado) para 15,9 a 18,2, e de 8,6 (betume) para 14,7. Adicionalmente, os rendimentos para óleo pesado sob essas condições de reação são de 59 a 68% para óleo pesado, e 82% para betume.

Tabela 13: Propriedades e SimDist de produtos líquidos preparados de óleo pesado empregando o processo de reciclo (para propriedades da matéria prima, vide Tabelas 1 e 5). R241* R242 * * R244*** Fração Tempera- Dia 0 Dia 30 j Dia 3 0 tura ) _______________TC]________________________|___________________ Densidade @ - 0,9592 0,9597 j0,9465 0,9591 15,6°C | API - 15,9 15,8 17,8 15,9 Viscosidade - 79,7 83,2 25,0 49,1 @40°C

Nafta leve <71 0,0 0,2 0,3 0,3 Nafta le- 71-100 0,0 0,1 | 0,2 0,3 ve/média j Nafta média 100-166 0,1 0,4 12,5 1,8 Naf- 166-193 0,6 0,6 | 1,8 1,5 ta/Querosene | Querosene 193-232 2,8 2,5 i 5,0 3,5 Diesel 232-327 21,8 21,0 ]23,1 18,9 VGO leve 327-360 10,8 10,2 j 9,9 8,8 VGO pesado 360-538 51,1 45,0 1 44,9 43,2 Óleo leve a >538 12,7 20,0 j 12,3 21,7 vácuo____________________________________j___________________ * temperatura do reator 543°C ** temperatura do reator 557°C *** temperatura do reator 561°C

Sob essas condições de operação, o API aumentou de 11 para cerca de 15,9 a 17,8. Os rendimento de produto de 62,6 (% em peso; R241), 58,9 (% em peso; R242) e 70,9 (% em peso; R244) foram obtidos em conjunto com níveis de viscosidade muito reduzidos. Esses produtos líquidos foram substancialmente aperfeiçoados em relação à matéria prima e exibiram propriedades apropriadas para transporte em oleoduto.

Os resultados da SimDist indicam que mais de 50% dos componentes no interior da matéria prima expandem em temperaturas acima de 538°C (fração de óleo leve a vácuo), embora o produto líquido seja caracterizado como compreendendo cerca de 78 a 87% do produto que são mais voláteis e expandem abaixo de 538°C. A matéria prima pode ser adicionalmente caracterizada com aproximadamente 0,1% de seus componentes expandidos abaixo de 193°C (fração de nafta/querosene ) versus aproximadamente 1,3 a 4,8% para o produto líquido. As frações de querosene e diesel também demonstram diferenças significativas entre a matéria prima e o produto líquido com 1% da fração da matéria prima expandida entre 193-232°C, versus 2,8 a 5% para o produto líquido, e com 8,7% (matéria prima) e 18,9 a 23,1% (produto líquido) expandidos nessa faixa de temperatura (232-327°C; diesel) . Coletivamente esses resultados mostram que uma proporção substancial dos componentes com volatilidade baixa na matéria prima foi convertida nos componentes de volatilidade mais alta (nafta leve, querosene e diesel) no produto líquido. Esses resultados demonstram que o produto líquido foi substancialmente aperfeiçoado, e exibe propriedades apropriadas para transporte.

Tabela 14: Propriedades e SimDist dos produtos lí- quidos preparados de betume seguindo-se o processamento de "Dois Estágios" (temperatura do reator 538°C; quanto as propriedades da matéria prima vide Tabelas 1, 8 e 9).

Fração__________________Temperatura (°C) R243______________ Densidade @15,6°C - 0,9737 API - 13,7 Viscosidade @ 40°C - 45,4 Nafta leve <71 0,3 Nafta leve/média 71-100 0,4 Nafta média 100-166 3,6 Nafta/Querosene 166-193 1,9 Querosene 193-232 4,4 Diesel 232-327 19,7 VGO leve 327-360 9,1 VGO pesado 360-538 41,1 Óleo leve a vácuo_______>538______________19,5______________ Sob essas condições operacionais, o API aumentou de 8,6 para cerca de 14. Foi obtido um rendimento de produto de 68,4 (% em peso) em conjunto com níveis de viscosidade muito reduzidos (a partir de 30.380 cSt @40°C na matéria prima a aproximadamente 45 cSt no produto líquido). A análise de destilação simulada demonstra que mais de 50% dos componentes no interior da matéria prima expandem a temperaturas acima de 538°C (fração de óleo leve a vácuo) embora 80,5% do produto líquido expanda abaixo de 538°C. A matéria prima pode ser adicionalmente caracterizada com apro- ximadamente 0,1% de seus componentes expandindo abaixo de 193°C (fração de nafta/querosene), versus 6,2% para o produto líquido. A fração de diesel também demonstra diferenças significativas entre a matéria prima e produto líquido com 8,7% (matéria prima) e 19,7% (produto líquido) expandindo nessa faixa de temperatura (232-327°C). Coletivamente esses resultados mostram que uma proporção substancial dos componentes com volatilidade baixa na matéria prima foi convertida nos componentes com volatilidade alta (nafta leve, querosene e diesel) no produto líquido. Esses resultados demonstram que o produto líquido foi substancialmente aperfeiçoado, e exibe propriedades apropriadas para transporteExemplo 6: Caracterização adicional de óleo de gás a vácuo (VGO) Óleo de gás a vácuo (VGO) foi obtido de uma faixa de matérias primas de petróleo pesado, incluindo: - Betume Athabasca (ATB; ATB-VGO(243) e ATB- VGO(255)) - um VGO hidrotratado de Betume Athabasca (Hidro- ATB) ; - uma combinação de óleo leve Athabasca e VGO (óleo leve ATB-VGO); - um óleo leve ATB-VGO hidrotratado ATB-VGO (óleo leve Hidro-ATB-VGO; obtido da mesma operação como ATB-255); e - uma matéria bruta pesada Kerrobert (KHC). O produto líquido seguindo-se o processamento térmico das matérias primas citadas acima foi destilado para produção de uma fração de VGO empregando procedimentos padrão reve- lados nos ASTM D2892 e ASTM D5236.

Para o hidrotratamento de VGO de betume Athabasca, as condições do reator foram como se segue: - temperatura do reator: 398,8°C; - pressão do reator: 10,3421 kPa - Velocidade espacial: 0,5; - Razão de hidrogênio: 3625 SCFB. O óleo bruto Alaskan North Slope (ANS) foi empregado como referência.

As propriedades desses VGOs são apresentadas na Tabela 15.

Tabela 15: Propriedades dos VGOs obtidos de várias matérias primas de óleo pesado * com relação ao ponto da anilina calculado vide Tabela 17 ** estimado As características de craqueamento de cada um dos VOGs foram determinadas usando teste de Microatividade (MAT) de acordo com as condições que se seguem (vide também Tabela 16) : - temperatura de reação: 537,7°C; - tempo de operação: 30 segundos; - razão de catalisador para óleo: 4,5; - Catalisador = Catalisador FCC de Equilíbrio Os resultados do teste MAT são fornecidos na Tabela 16 e indicam que a conversão em craqueamento para ATB-VGO (243), é de aproximadamente 63%, para KHC-VGO é de cerca de 6%, para ANS-VGO é de cerca de 73%, e para Hidro-ATB-VGO é de cerca de 74%. Adicionalmente, a conversão em craqueamento para óleo leve Hidro-ATB-VGO (obtido de ATB-255) é de cerca de 3% em volume, superior a do VGO da mesma operação (isto é, ATB-VGO (255)) . A modelagem para ATB-VGO e Hidro-ATB-VGO incorpora um dispositivo de resfriamento de catalisador para manter a temperatura do regenerador dentro dos limites operacionais.

Tabela 16: Resultados do teste de microatividade (MAT) Os pontos de anilina foram determinados empregando o ASTM Método D611. Os resultados, bem como a conversão e o rendimento com base em % em volume são apresentados nas Tabelas 17A e B. Resultados semelhantes foram obtidos quando comparados em uma base de % em peso (dados não mostrados). A conversão de craqueamento para ATB-VGO (243) e KHC-VGO é 21% e 16% em volume mais baixo que para ANS VGO. ATB hidrotratado é 5% em volume mais baixo que ANS-VGO.

Tabela 17A: Ponto de anilina medido em uma base de % em volume A diferença na conversão para ATB-VGO, KHC-VGO e Hi-dro-ATB-VGO em relação ao ANS-VGO (controle) listado na Tabela 17A é superior a esperada, quando os resultados do teste MAT (Tabela 16) são considerados. Isso é verdadeiro para ATB-VGO (243), (255), KHC-VGO, Hidro-ATB-VGO, ATB-VGO-óleo leve, e Hi- dro ATB-VGO-óleo leve. Para determinar se o ponto da anilina medido não é um indicador confiável de ATB-, KHC- e Hidro-VGOs, o ponto da anilina foi calculado empregando métodos padrão conhecidos na técnica com base nos dados de destilação e grau API. Os pontos de anilina calculados e a conversão em craqueamento para os vários VGOs são apresentados nas Tabelas 17B e C.

Tabela 17B: Ponto da anilina calculado em uma base de % em volume Tabela 17C: Ponto da anilina calculado em uma base de % em volume, continuação Com base nos pontos de anilina calculados, todos os pontos de anilina aumentaram e estão mais de acordo com os dados determinados pelo teste MAT. Por exemplo, os pontos de a-nilina são: ATB-VGO (255) = 62,7°C KHC-VGO = 62,2°F, ATB-VGO-óleo residual = 64,4°F, Hidro-ATB-VGO = 70°C, e Hidro-ATB-VGO-óleo residual = 76,6°C. Não houve alteração no ponto da anilina ou rendimento de produto para ANS-VGO (controle). Juntamente com os pontos de anilina calculados e aumentados foram aumentados os rendimentos de produto que estão consistentes com os resultados MAT das diferenças de craqueamento da Tabela 16.

Esses resultados indicam que os VGOs de produto RTP possuem várias cadeias laterais disponíveis para craqueamento e fornecem níveis maiores de conversão em relação aqueles derivados das medições de ponto de anilina. A presente invenção foi descrita com relação às modalidades preferidas. Contudo, ficará claro aos versados na técnica que inúmeras modificações e variações podem ser feitas, sem com isso fugir do escopo da invenção conforme descrita aqui.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Método, para produção de um produto aperfeiçoado a partir de uma matéria prima de hidrocarboneto pesado, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: a) aperfeiçoamento de uma matéria prima de hidrocarboneto pesado por um método compreendendo: i) fornecimento de um portador de calor particulado dentro de um reator de fluxo ascendente; ii) introdução da matéria prima de hidrocarboneto pesado dentro do reator de fluxo ascendente, pelo menos um local acima daquele do portador de calor particulado, de modo que uma razão de carregamento do portador de calor particulado para a matéria prima de hidrocarboneto pesado é de cerca de 10:1 a cerca de 200:1, onde o reator de fluxo ascendente é operado a uma temperatura de cerca de 300°C a cerca de 700°C, e iii) permissão para que a matéria prima de hidrocarboneto pesado possa interagir com o portador de calor particulado com um tempo de residência inferior a cerca de 20 segundos, para produzir uma mistura de produto compreendendo uma corrente de produto e o portador de calor particulado; b) separação da corrente de produto do portador de calor particulado; e c) obtenção de um produto aperfeiçoado a partir da corrente de produto empregando uma torre de vácuo.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que após a etapa de separação (etapa b) , um produto gasoso e uma mistura produto líquido são obtidos a partir da corrente de produto, da mistura de produto líquido compreendendo uma fração leve e uma fração pesada.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende, adicionalmente, determinação das exigências de energia de uma unidade de produção de petróleo, e com base nas exigências de energia determinadas , tanto: A) transportar todas as frações pesadas da mistura de produto líquido para a unidade de produção de petróleo para conversão em uma forma de energia, B) transportar uma parte da fração pesada da mistura de produto líquido para a unidade de produção de petróleo, para conversão em uma forma de energia e reciclar uma fração remanescente da fração pesada para o reator de fluxo ascendente para processamento adicional dentro de uma operação de piróli-se reciclada para produzir uma corrente de produto reciclado, ou C) reciclar toda a fração pesada da mistura de produto líquido para o reator de fluxo ascendente para processamento adicional dentro de uma operação de uma pirólise reciclada para produzir uma corrente de produto reciclado.

4. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende, adicionalmente, determinação das exigências de energia de uma unidade de produção de petróleom, e com base nas exigências de energia determinadas , tanto: A') converter toda a fração pesada da mistura de produto líquido em uma forma de energia e transportar a energia para a unidade de produção de petróleo, B') converter uma parte da fração pesada da mistura de produto líquido em uma forma de energia e transportar a energia para a unidade de produção de petróleo e reciclar uma fração remanescente da fração pesada para o reator de fluxo ascendente para processamento adicional dentro de uma operação de pirólise reciclada para produzir uma corrente de produto reciclado, ou C') reciclar toda a fração pesada da mistura de produto líquido para o reator de fluxo ascendente para processamento adicional dentro de uma operação de pirólise reciclada para produzir uma corrente de produto reciclado.

5. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o processamento adicional inclui misturar a fração pesada com o portador de calor particu-lado, onde o portador de calor particulado da operação de pirólise reciclada está a uma temperatura de cerca, ou acima, daquela usada na etapa de aperfeiçoamento (etapa a).

6. Método, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o processamento adicional inclui misturar a fração pesada com o portador de calor particulado, onde o portador de calor particulado da operação de pirólise reciclada está a uma temperatura de cerca, ou acima, daquela usada na etapa de aperfeiçoamento (etapa a).

7. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a corrente de produto é tratada dentro de um condensador aquecido, antes da obtenção da fração leve e da fração pesada.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a matéria prima de hidrocarbo-neto pesado é tanto petróleo pesado quanto betume.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o reator de fluxo ascendente opera a uma temperatura na faixa de cerca de 450°C a cerca de 600°C.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o reator é operado a uma temperatura na faixa de cerca de 480°C a cerca de 550°C.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que na etapa de introdução (etapa a)ii)), a razão do carregamento é de cerca de 20:1 a cerca de 30:1.

12. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, antes da etapa de aperfeiçoamento, a matéria prima é introduzida em uma coluna de fracionamento, que separa um componente volátil da matéria prima a partir de um componente líquido da matéria prima e o componente líquido é submetido ao aperfeiçoamento (etapa a).

13. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, antes da etapa de aperfeiçoamento, a matéria prima é introduzida em uma coluna de fracionamento que separa o componente volátil da matéria prima a partir de uma mistura líquida derivada da matéria prima, a mistura líquida compreendendo um componente leve e um componente pesado, onde o componente pesado é submetido à etapa de aperfeiçoamento (etapa a) e o componente leve é combinado com a fração leve derivada da torre de vácuo após a etapa de ob- tenção (etapa c).

14. Sistema, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende : i) um reator de fluxo ascendente compreendendo: a) pelo menos um injetor em pelo menos uma das várias localizações ao longo do reator de fluxo ascendente, o pelo menos um injetor para introduzir a matéria prima de hi-drocarboneto pesado dentro do reator de fluxo ascendente, b) um portador de calor particulado, o portador de calor particulado presente em uma razão de carregamento de cerca de 10:1 a cerca de 200:1 com relação à matéria prima de hidrocarboneto pesado; c) uma entrada para introdução do portador de calor particulado, a entrada localizada abaixo de pelo menos um dispositivo de injeção, d) uma seção de conversão dentro do reator de fluxo ascendente; ii) uma torre de vácuo; e iii) um controlador configurado para determinar as exigências de energia de uma unidade de produção de petróleo.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende, adicionalmente, um pré-aquecedor para pré-aquecimento da matéria prima de hidrocarboneto pesado antes da introdução ao reator de fluxo ascendente .

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende, adicionalmente, um separador em uma saída do reator de fluxo ascendente para se- parar produtos gasosos e líquidos do portador de calor parti-culado.