PROCESO INTEGRADO PARA PRODUCIR OLEFINAS Y PRODUCTOS INTERMEDIOS PARA LA PRODUCCIÓN DE AMONÍACO Y UREA.

Se describe un proceso integrado para fabricar olefinas y productos químicos intermedios para la producción de amoníaco y urea que comprende un reactor de craqueo catalítico fluido,

un regenerador, una unidad de reforma con vapor, una unidad de separación de aire, una unidad de producción de amoníaco y una unidad de producción de urea. Este proceso posibilita simultáneamente minimizar las emisiones de CO2 hacia la atmósfera, aprovechar las cargas pesadas y de bajo valor añadido (RAT) en la producción de olefinas ligeras, además de aprovechar al máximo todas las corrientes implicadas, aumentando así la eficiencia energética alcanzada.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/BR2009/000343.

Solicitante: PETROLEO BRASILEIRO S.A. PETROBRAS.

Nacionalidad solicitante: Brasil.

Dirección: Avenida Republica do Chile 65 20035-900 Rio de Janeiro BRASIL.

Inventor/es: CHAMBERLAIN PRAVIA,OSCAR RENE, Torres Moure,Gustavo, FIALHO DE MELLO,LEONARDO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C01B3/34 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C01 QUIMICA INORGANICA.C01B ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la preparación de elementos o de compuestos inorgánicos excepto anhídrido carbónico C12P 3/00; producción de elementos no metálicos o de compuestos inorgánicos por electrólisis o electroforesis C25B). › C01B 3/00 Hidrógeno; Mezclas gaseosas que contienen hidrógeno; Separación del hidrógeno a partir de mezclas que lo contienen; Purificación del hidrógeno (producción de gas de agua o gas de síntesis a partir de materias carbonosas sólidas C10J). › por reacción de hidrocarburos con agentes gasificantes.
  • C01C1/04 C01 […] › C01C AMMONIA; CYANOGEN; SUS COMPUESTOS (sales de oxácidos de halógenos C01B 11/00; peróxidos, sales de los perácidos C01B 15/00; tiosulfatos, ditionitos, politionatos C01B 17/64; compuestos de selenio o teluro C01B 19/00; azidas C01B 21/08; amidas metálicas C01B 21/092; nitritos C01B 21/50; fosfuros C01B 25/08; sales de los oxácidos del fósforo C01B 25/16; compuestos que contienen silicio C01B 33/00; compuestos que contienen boro C01B 35/00; procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la preparación de elementos o de compuestos inorgánicos excepto anhídrido carbónico C12P 3/00; producción de elementos no metálicos o de compuestos inorgánicos por electrólisis o electroforesis C25B). › C01C 1/00 Amoniaco; Sus compuestos. › Preparación de amoniaco por síntesis (preparación o purificación de mezclas gaseosas para la síntesis del amoniaco C01B 3/02).
  • C07C273/04 C […] › C07 QUIMICA ORGANICA.C07C COMPUESTOS ACICLICOS O CARBOCICLICOS (compuestos macromoleculares C08; producción de compuestos orgánicos por electrolisis   o electroforesis C25B 3/00, C25B 7/00). › C07C 273/00 Preparación de urea o sus derivados, es decir, de compuestos que contienen uno de los grupos en que los átomos de nitrógeno no forman parte de grupos nitro o nitroso. › a partir de dióxido de carbono y de amoniaco.
  • C10G11/18 C […] › C10 INDUSTRIAS DEL PETROLEO, GAS O COQUE; GAS DE SINTESIS QUE CONTIENE MONOXIDO DE CARBONO; COMBUSTIBLES; LUBRICANTES; TURBA.C10G CRACKING DE LOS ACEITES DE HIDROCARBUROS; PRODUCCION DE MEZCLAS DE HIDROCARBUROS LIQUIDOS, p. ej. POR HIDROGENACION DESTRUCTIVA, POR OLIGOMERIZACION, POR POLIMERIZACION (cracking para la producción de hidrógeno o de gas de síntesis C01B; cracking que produce hidrocarburos gaseosos que producen a su vez, hidrocarburos individuales o sus mezclas de composición definida o especificada C07C; cracking que produce coque C10B ); RECUPERACION DE ACEITES DE HIDROCARBUROS A PARTIR DE ESQUISTOS, DE ARENA PETROLIFERA O GASES; REFINO DE MEZCLAS COMPUESTAS PRINCIPALMENTE DE HIDROCARBUROS; REFORMADO DE NAFTA; CERAS MINERALES. › C10G 11/00 Cracking catalítico, en ausencia de hidrógeno, de aceites de hidrocarburos (cracking por contacto directo con metales o sales fundidas C10G 9/34). › según la técnica fluidizada.
PROCESO INTEGRADO PARA PRODUCIR OLEFINAS Y PRODUCTOS INTERMEDIOS PARA LA PRODUCCIÓN DE AMONÍACO Y UREA.

Fragmento de la descripción:

Proceso integrado para producir olefinas y productos intermedios para la producción de amoníaco y urea.

Campo de la invención

La presente invención pertenece al campo de los procesos integrados para producción de olefinas ligeras, amoníaco y urea, teniendo la finalidad de perfeccionar su eficiencia energética y disminuir la cantidad de emisiones producidas. Más específicamente, la invención se refiere a la integración de un proceso de craqueo catalítico fluido, preferiblemente para generar olefinas ligeras, a un proceso de generación de hidrógeno por reforma con vapor y una unidad de separación de aire (ASU), de manera de producir productos intermedios tales como hidrógeno (H2), nitrógeno (N2) y dióxido de carbono (CO2), los cuales servirán de carga para unidades de producción de fertilizantes nitrogenados tales como amoníaco (NH3) y urea.

Fundamento de la invención

La creciente demanda de fertilizantes ha sido impulsada por una convergencia de factores, incluyendo el crecimiento de población, la reducción de las reservas mundiales de cereales y el crecimiento de la producción de biocombustibles, habiendo aumentado el consumo global de fertilizantes en promedio 31% entre los años 1996 y 2008.

Gran parte de esta demanda está dirigida a los fertilizantes nitrogenados. Tales fertilizantes tienen en su composición nitrógeno como nutriente principal y son originarios de la fabricación de amoníaco anhidro (NH3), el cual constituye la materia prima de todos los nitrogenados sintéticos. El amoníaco anhidro es un gas obtenido por la reacción directa de nitrógeno proveniente del aire con el hidrógeno de fuentes diversas, tales como gas natural y nafta, por ejemplo.

El gas natural aparece como la principal materia prima para la generación de hidrógeno necesario para la producción de amoníaco. Cerca del 90% de la producción mundial de amoníaco tiene como fuente primaria el gas natural, el cual aparece como factor esencial para hacer viable futuros proyectos para la producción de fertilizantes nitrogenados.

El uso de gas natural para la generación de hidrógeno para su posterior empleo en la producción de amoníaco, presenta sin embargo problemas relacionados con la disponibilidad y la volatilidad de sus precios.

Además de esto, es conocido que al utilizar el gas natural como materia prima para la producción de amoníaco, no se producen amoníaco y dióxido de carbono en cantidades estequiométricas para la síntesis subsecuente de urea, lo que acaba por generar un exceso de amoníaco en relación al dióxido de carbono (CO2). Por lo tanto, para que todo el amoníaco sea consumido en la \hbox{producción de urea, es necesario disponer de una cantidad adicional de dióxido de carbono.}

Generalmente, esta cantidad es obtenida a través de la combustión de gas natural, llevada a cabo con el objeto de suministrar calor para la producción de gas de síntesis (mezcla de hidrógeno, dióxido de carbono y nitrógeno, obtenida a partir de la reforma con vapor y/o reforma auto-térmica de un hidrocarburo, tal como gas natural o nafta).

Para que el dióxido de carbono obtenido a partir de la combustión de gas natural pueda ser utilizado en unidades de producción de urea, se torna necesaria su recuperación, separación o absorción, usualmente empleando soluciones acuosas de aminas.

Tales procesos de recuperación presentan por lo tanto la desventaja de envolver una serie de reacciones químicas interdependientes, difíciles de ejecutar y controlar, además de generar residuos, tales como la amina oxidada, en cantidades considerables y de difícil eliminación.

En el intento de superar los problemas vinculados al uso del gas natural como fuente de hidrógeno y dióxido de carbono para la producción de amoníaco y urea respectivamente, una de las alternativas actualmente empleadas es la generación de hidrógeno por gasificación de cargas tales como carbón, o coque de petróleo, y otros residuos. En este caso, el hidrocarburo es gasificado en presencia de oxígeno puro, obtenido después de la separación de nitrógeno removido del aire en una unidad de separación de aire (ASU).

La integración de procesos de gasificación con plantas de gas natural para la producción de amoníaco no presenta una eficiencia energética adecuada. En particular, no se genera suficiente vapor para atender la demanda del proceso.

Innumerables estudios han sido realizados con la intención de alcanzar una mayor eficiencia energética y una menor emisión de CO2 en procesos integrados para la producción de fertilizantes, más específicamente amoníaco y urea.

La solicitud de patente US 2007/0245787 presenta un proceso de producción de amoníaco y de fertilizantes nitrogenados basado en oxidación parcial de combustibles fósiles, produciendo además policarbonato y baja emisión de CO2. El combustible fósil reacciona con el oxígeno del aire y vapor en un plasma con descargas eléctricas, produciendo policarbonato, hidrógeno y nitrógeno, los cuales son posteriormente separados, purificados y utilizados en la síntesis de amoníaco.

En la solicitud de patente US 2004/028595 ya se describe un método para la producción de amoníaco a partir de una mezcla de nitrógeno-hidrógeno obtenida a partir de la reforma autotérmica de gas natural. El gas natural es alimentado en un reformador autotérmico juntamente con una corriente rica en oxígeno, a temperaturas que varían de 900ºC a 1200ºC, una presión de 40 bar a 100 bar y en presencia de un catalizador de reforma. El gas de síntesis bruto que sale del reformador es enfriado y conducido hacia un reactor de desplazamiento para convertir CO en H2 y obtener de esta manera una conversión en gas de síntesis con alto contenido de H2, en estado seco. El gas de síntesis es sometido posteriormente a un proceso de purificación para eliminar CO2, CO y CH4 y producir de esta manera una mezcla de N2-H2 que es conducido hacia la síntesis de amoníaco.

La patente US 6.586.480 presenta un proceso integrado para la producción de hidrocarburos líquidos y amoníaco. En este caso, una corriente de gas de síntesis obtenida a partir de la reforma de gas natural con vapor y mezcla que contiene oxígeno, pasa por un proceso de Fischer-Tropsch produciendo hidrocarburos líquidos, dióxido de carbono, nitrógeno e hidrógeno. Después de la separación, las corrientes de nitrógeno e hidrógeno son conducidas hacia un proceso de producción de amoníaco. En este caso, no es necesario utilizar una unidad de desplazamiento para convertir el CO en H2, como en el caso de los procesos convencionales, puesto que el CO reacciona con parte del H2 en el reactor de Fisher-Tropsch para producir hidrocarburos líquidos.

En la patente US 6.723.876 ya se describe un proceso integrado para la producción de amoníaco y urea. En tal documento el amoníaco, producido a partir de gas de síntesis, reacciona con dióxido de carbono, produciendo carbamato de amonio, el cual es descompuesto para obtener como resultado urea.

Sin embargo, no existe en la bibliografía descripción ni sugerencia de un proceso integrado para producción de olefinas ligeras y productos intermedios para producir amoníaco y urea de manera que haya un aprovechamiento máximo de todas las corrientes implicadas, aumentando así la eficiencia energética alcanzada.

Resumen de la invención

La presente invención se refiere a un proceso que integra una unidad de craqueo catalítico fluido, preferiblemente para la producción de olefinas ligeras, más específicamente eteno y propeno, a una unidad de generación de hidrógeno por reforma con vapor y a una unidad de separación de aire, de manera que las corrientes producidas puedan ser utilizadas en los procesos de síntesis de amoníaco y urea.

Más específicamente, el alcance de la invención está dirigido a un proceso integrado que incluye una unidad de craqueo catalítico fluido, preferiblemente ajustada para operar en condiciones tales que haya maximización de producción de olefinas ligeras tales como, pero sin restringirse a, eteno y propeno, en el que tal unidad utiliza, para la regeneración del coque depositado en la superficie del catalizador de craqueo, una corriente rica en oxígeno mezclada con un gas inerte, el cual es preferiblemente CO2, de tal manera...

 


Reivindicaciones:

1. Proceso integrado para la fabricación de olefinas ligeras y productos intermedios para la producción de amoníaco y urea, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

a) introducir una carga de hidrocarburos de refino del petróleo en un conversor de una unidad de craqueo catalítico fluido (FCC) de modo que se ponga en contacto la carga con un catalizador que contiene alúmina y zeolita, en un reactor de lecho fluidizado, de tal manera que se obtenga una corriente de hidrocarburos ligeros;

b) separar en la salida del reactor los productos hidrocarburos ligeros y un catalizador desactivado;

c) conducir el catalizador desactivado hacia una zona de rectificación, de allí a un regenerador, y llevar a cabo la combustión del coque depositado sobre las partículas del catalizador con una mezcla de O2/gas inerte en una proporción de 15% a 35% en masa de O2, en donde el O2 proviene de una unidad de separación de aire;

d) conducir la corriente de N2 obtenida en la unidad de separación de aire hacia una unidad de producción de amoníaco;

e) recuperar la corriente de CO2 producida en el regenerador, reciclando de 70% a 90% de dicha corriente hacia el regenerador y conduciendo la parte restante de dicha corriente hacia una unidad de producción de urea;

f) recuperar la corriente de hidrocarburos ligeros obtenida en el reactor de la unidad de craqueo catalítico fluido y separarla en otras corrientes, comprendiendo la primera hidrógeno e hidrocarburos en el intervalo de C1 a C2 (gas combustible), comprendiendo la segunda hidrocarburos en el intervalo de C3 a C4 (gas licuado de petróleo) y comprendiendo la tercera hidrocarburos con 5 o más átomos de carbono y un punto de ebullición por debajo de 200ºC (nafta) y otras corrientes conforme al proceso convencional de craqueo catalítico fluido;

g) recuperar, de la corriente que comprende el gas combustible, la fracción correspondiente al eteno, y de la corriente que comprende el gas licuado de petróleo (GLP), la fracción correspondiente al propeno, siendo el eteno y el propeno productos finales;

h) conducir las corrientes de gas combustible sin eteno, de gas licuado de petróleo (GLP) sin propeno y/o de nafta, obtenidas en la unidad de craqueo catalítico fluido, hacia una unidad de generación de hidrógeno que comprende una unidad de reforma con vapor, para obtener una corriente de hidrógeno y otra de CO2;

i) conducir la corriente de hidrógeno obtenida en la unidad de generación de hidrógeno hacia una unidad de producción de amoníaco;

j) conducir la corriente de dióxido de carbono obtenida en la unidad de reforma con vapor hacia una unidad de producción de urea.

2. Proceso integrado para la fabricación de olefinas ligeras y productos intermedios para producción de amoníaco y urea de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el reactor de lecho fluidizado opera a temperaturas en el intervalo de 500ºC hasta 700ºC y presiones de 0,10 MPa hasta 0,45 MPa.

3. Proceso integrado para la producción de olefinas ligeras y productos intermedios para la producción de amoníaco y urea de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la carga para el reactor de la unidad de craqueo catalítico fluido (FCC) está constituida por una corriente de hidrocarburos de refino del petróleo con punto de ebullición inicial superior a 250ºC (RAT).

4. Proceso integrado para producción de olefinas ligeras y productos intermedios para la producción de amoníaco y urea de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el catalizador en contacto con la carga de hidrocarburos de refino del petróleo contiene alúmina en una concentración en masa entre 20% y 50%, y zeolita en una concentración en masa entre 20% y 45%, pudiendo contener además sílice entre 5% y 30% en masa y caolín.

5. Proceso integrado para fabricación de olefinas ligeras y productos intermedios para la producción de amoníaco y urea de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la zeolita presente en el catalizador en contacto con la carga de hidrocarburos de refino del petróleo es seleccionada del grupo que consiste en: zeolita Y, USY, RE-Y, RE-USY y ZSM-5.

6. Proceso integrado para la fabricación de olefinas ligeras y productos intermedios para la producción de amoníaco y urea de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el porcentaje de tierras raras (RE) en las zeolitas RE-Y y RE-USY está comprendido entre 0,5% y 5% en masa.


 

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