Proceso para evaluar materia prima de refinería.

Un proceso para evaluar una pluralidad de materias primas de refinería,

comprendiendo dicho proceso:

(i) proporcionar un conjunto de materias primas de refinería, en donde dicho conjunto comprende al menos una pluralidad de diferentes materias primas de refinería;

(ii) fraccionar cada una de dichas materias primas de refinería en dicho conjunto para producir un conjunto adicional que comprende una pluralidad de fracciones que tienen diferentes propiedades químicas y/o físicas, siendo cada fracción representativa de una corriente de proceso que puede estar presente en una refinería, en donde la etapa de fraccionamiento se realiza en paralelo y comprende el tratamiento de cada materia prima o una porción de la misma utilizando un método de tratamiento físico o químico que es representativo de una etapa de procesamiento equivalente que puede ocurrir en un proceso de refinería, en donde dicho método comprende el uso de una columna de microdestilación o un microfraccionador para obtener fracciones con intervalos de puntos de ebullición definidos; y

(iii) analizar cada una de dicha pluralidad de fracciones para determinar una o más propiedades químicas y/o físicas de las fracciones, siendo realizados dichos análisis al menos parcialmente en paralelo

Proceso para evaluar materia prima de refinería Esta descripción se refiere a procesos para la evaluación de materias primas de refinería y otros fluidos de múltiples componentes mediante la experimentación de alto rendimiento.

La química de combinación o de alto rendimiento ha revolucionado el proceso de descubrimiento de fármacos. Véase, por ejemplo, 29 Acc. Chem. Res. 1-170 (1996) ; 97 Chem. Rev. 349-509 (1997) ; S. Borman, Chem. Eng. News 43-62 (24 de febrero, 1997) ; A. M. Thayer, Chem. Eng. News 57-64 (12 de febrero, 1996) ; N. Terret, 1 Drug Discover y Today 402 (1996) ) . En años recientes, se han desarrollado una cantidad de técnicas de experimentación de alto rendimiento para permitir incrementos significativos en la capacidad para sintetizar y probar materiales catalíticos y de otro tipo por sus propiedades útiles. En general, tales técnicas se han centrado en el desarrollo de aparatos y metodologías, incluyendo el uso creciente de robots y ordenadores para diseñar experimentos y para automatizar la preparación y prueba de catalizadores y materiales, para permitir obtener resultados en forma rápida y reproducible sobre muestras a escala relativamente pequeña. Por ejemplo, se han hecho muchos esfuerzos para desarrollar preparaciones y aparatos de ensayo para numerosos tipos de materiales y propiedades de materiales (tal como se describe en la patente de los Estados Unidos No. 5.776.359) y para reacciones químicas de interés (tal como se describe en las patentes de los Estados Unidos Nos. 5.959.297, 6.063.633 y 6.306.658) .

Además, se han aplicado técnicas de alto rendimiento a muchas técnicas analíticas diferentes, incluyendo técnicas de separación tales como cromatografía (tal como se describe en la patente de los Estados Unidos No. 6.866.786) . Además, también se ha utilizado el coste de los componentes como un factor en el diseño de bibliotecas o arreglos (tal como se describe en la patente de los Estados Unidos No. 6.421.612) .

Las tecnologías de alto rendimiento se han enfocado en general en el descubrimiento de nuevos catalizadores y materiales para los procesos existentes. Ahora hemos desarrollado metodologías de alto rendimiento que pueden ser aplicadas a la detección y optimización de los procesos de refinería.

Los petróleos sin purificar no mezclados contienen una variedad de impurezas hidrocarbonadas no puras, o "especies", por ejemplo, ácidos, compuestos azufrados y compuestos nitrogenados. Diferentes especies causan una gama de diferentes problemas en las refinerías. Debido a que prácticamente todas las refinerías modernas utilizan materias primas que son mezclas de diferentes crudos, en lugar de crudos puros, el efecto de las diferentes especies en el crudos puede ser difícil de predecir y manejar. Esto es porque una vez que se mezcla la materia prima, una especie en particular puede migrar a una fracción diferente (es decir, un "corte" particular de la materia prima que tiene un intervalo de punto de ebullición particular) . Una comprensión de la distribución de las diversas especies proporcionaría información de funcionamiento extremadamente útil para la refinería. Dicha información (generalmente conocida como "especiación") es, sin embargo, extremadamente difícil de obtener y consume mucho tiempo por métodos tradicionales y por lo tanto, en la práctica, el análisis tiende a estar restringido al análisis de petróleos sin mezclar. A partir de estos datos, se hacen intentos para predecir el resultado de utilizar una materia prima particular. Tales predicciones, sin embargo, son necesariamente de calidad limitada.

El documento WO 01/51589 describe un método para controlar la producción de una torre de destilación alimentada por un craqueo de fluido catalítico que utiliza uno o más sensores de RMN para obtener mediciones en línea de valores de propiedades seleccionadas de la materia prima y/o de la producción de la torre de destilación. Los valores medidos se proporcionan a un controlador de múltiples variables. Con base en los valores medidos y la información de referencia suministrada por un optimizador, el controlador de múltiples variables determina los valores de las variables manipuladas para controlar el craqueo catalítico para producir productos de cualidades deseadas y maximizar la unidad de retorno económico.

Ahora se ha encontrado un método mediante el cual se puede obtener y manipular una gran cantidad de datos de especiación en un corto período de tiempo, permitiendo un mucho mejor control de las condiciones de refinería.

Tradicionalmente, el petróleo crudo ha sido fraccionado por destilación, y se analiza una especie en particular tanto en fracciones individuales como en el crudo entero. La medición resultante proporciona una estimación de la cantidad total de la especie que se está midiendo; por ejemplo, para especies ácidas, se obtendrá una medida de la acidez total. Si se desea, se pueden llevar a cabo otras mediciones en una o más subfracciones. Sin embargo, las mediciones tradicionales tardar mucho tiempo y utilizan equipos complejos. Un proceso de la presente descripción permite llevar a cabo el análisis en una multiplicidad de fracciones o subfracciones, normalmente todas las fracciones o subfracciones relevantes.

Por lo tanto, la presente descripción proporciona un proceso para la evaluación de una materia prima de refinería, tal como se define en la reivindicación 1.

Como se usa en este documento una serie significa una colección de muestras que tienen alguna relación entre sí. Por ejemplo, la relación puede ser una selección de petróleos crudos que tienen diferente contenido de azufre o diferente contenido de olefina, o puede ser una serie de fracciones obtenidas de una materia prima particular. Una serie por ejemplo puede estar presente en la forma de un sustrato que tiene un conjunto de regiones en las que pueden residir los miembros de esa serie. Un sustrato se refiere a una sustancia que tiene una superficie rígida o semirrígida: en muchos casos, al menos una superficie del sustrato será sustancialmente plana que tiene una cantidad deseada de regiones físicamente separadas para diferentes materiales. Los ejemplos de sustratos, por ejemplo, con cavidades, pozos, regiones elevadas, canales grabados, etc., incluyen placas de microtitulación o placas de microtitulación forradas con viales de vidrio. En algunos casos, el propio sustrato contiene pozos, regiones elevadas, canales grabados, etc., que forman la totalidad o parte de las regiones.

El proceso de la presente divulgación se lleva a cabo utilizando técnicas de experimentación de alto rendimiento. El análisis se lleva a cabo sobre una multiplicidad de fracciones o subfracciones, normalmente todas las fracciones o subfracciones relevantes. Típicamente, se proporcionan una pluralidad de pozos que contienen un gran número de muestras, por ejemplo un arreglo de 8 x 12 que contiene 96 muestras, en una placa múltiple. Cada una de estas muestras puede ser igual o diferente. Se puede llevar a cabo un fraccionamiento adicional si se desea. Se analiza luego cada fracción o subfracción, por ejemplo, para el tamaño y el tipo de molécula. Los datos se puede convertir luego en un conjunto de datos, por ejemplo, un conjunto de datos tridimensionales del tipo de molécula / tamaño molecular / abundancia, y se pueden generar mapas de datos. El uso de estos mapas permite comparar diferentes materias primas y por lo tanto optimizar las condiciones de refinería. Tal mapeo nunca antes se había llevado a cabo sobre una materia prima de refinería. En efecto, la medición rápida y precisa de datos está siendo aprovechada para proporcionar información sobre el impacto que una materia prima particular tendrá en la operación de la refinería.

La materia prima de la refinería puede ser cualquier materia prima adecuada de refinería, incluyendo un petróleo crudo, un crudo sintético, un biocomponente, una corriente intermedia, tal como un residuo, gasóleo, gasóleo de vacío, nafta o existencias craqueadas, y mezclas de uno o más de dichos componentes, tales como una mezcla de uno o más petróleos crudos o una mezcla de uno o más petróleos crudos con uno o más crudos sintéticos.

En una refinería típica, se procesan una cantidad de diferentes materias primas de refinería, tales como una cantidad de diferentes petróleos crudos. El valor de una materia prima dependerá del rendimiento, la composición y las propiedades de las fracciones del destilado que esta produce en una refinería dada para las posteriores corrientes de proceso de la refinería y componentes de la mezcla de productos. Las materias primas de refinería también son usualmente mezclas de corrientes de alimentación disponibles, y por lo tanto,... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para evaluar una pluralidad de materias primas de refinería, comprendiendo dicho proceso:

(i) proporcionar un conjunto de materias primas de refinería, en donde dicho conjunto comprende al menos una pluralidad de diferentes materias primas de refinería;

(ii) fraccionar cada una de dichas materias primas de refinería en dicho conjunto para producir un conjunto adicional que comprende una pluralidad de fracciones que tienen diferentes propiedades químicas y/o físicas, siendo cada fracción representativa de una corriente de proceso que puede estar presente en una refinería, en donde la etapa de fraccionamiento se realiza en paralelo y comprende el tratamiento de cada materia prima o una porción de la misma utilizando un método de tratamiento físico o químico que es representativo de una etapa de procesamiento equivalente que puede ocurrir en un proceso de refinería, en donde dicho método comprende el uso de una columna de microdestilación o un microfraccionador para obtener fracciones con intervalos de puntos de ebullición definidos; y

(iii) analizar cada una de dicha pluralidad de fracciones para determinar una o más propiedades químicas y/o físicas de las fracciones, siendo realizados dichos análisis al menos parcialmente en paralelo.

2. Un proceso como el reivindicado en la reivindicación 1, en el que la pluralidad de las fracciones producidas en la etapa (ii) comprende al menos 7 de tales fracciones.

3. Un proceso como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se realiza la etapa de fraccionamiento (ii) con un rendimiento de al menos 50 materias primas de refinería por semana.

4. Un proceso como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que en la etapa (iii) , el análisis de cada fracción para una primera propiedad se lleva a cabo en paralelo, y posteriormente, el análisis de cada fracción para una segunda propiedad se lleva a cabo en paralelo.

5. Un proceso como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que todos los análisis de la etapa (iii) se realizan en paralelo.

6. Un proceso como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se selecciona la materia prima de refinería a partir de un petróleo crudo, un crudo sintético, un biocomponente, una corriente intermedia, tal como un residuo, gasóleo, gasóleo de vacío, nafta o existencia craqueada, y mezclas de uno o más de dichos componentes.

7. Un proceso como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la etapa (ii) comprende mezclar una materia prima de refinería con una o más de otras materias primas de refinería.

8. Un proceso como se reivindica en una cualquiera de las reclamaciones anteriores, en el que las propiedades químicas y/o físicas de la fracción que se desea analizar en la etapa (iii) se seleccionan de densidad, densidad especifica, índice de acidez total, índice de basicidad total, propiedades de flujo en frío, viscosidad, especiación de hidrocarburos, contenido en azufre, especiación de compuestos de azufre, contenido de nitrógeno, contenido de níquel, contenido de vanadio, especiación de ácidos, contenido en asfáltenos, contenido de carbono, contenido de metales, microrresiduos de carbono, cloruros y combinaciones de los mismos.

9. Un proceso como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las propiedades de las fracciones que se analizan incluyen una o más propiedades químicas.

10. Un proceso como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la evaluación se ve reforzada por la realización de experimentos adicionales repitiendo las etapas (ii) y (iii) .

11. Un proceso como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el proceso se realiza en una forma continua.

12. Un proceso como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se repite el proceso para el análisis de diferentes propiedades físicas y/o químicas de las fracciones.

13. Un proceso como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la evaluación de las corrientes de proceso se "enlaza", de tal manera que una materia prima de refinería es evaluada mediante el análisis de dos o más pluralidades de diferentes corrientes de proceso.

14. Un proceso como se reivindica en la reivindicación 13, en donde al menos 5 corrientes de proceso se evalúan en una forma "enlazada" para proporcionar información sobre la configuración óptima de la refinería para una materia prima particular.

15. Un proceso como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende la etapa 5 adicional:

(iv) de aplicación de un modelo de proceso de refinería para determinar el impacto de las propiedades química y/o física de las fracciones en el procesamiento posterior de la fracción / corriente de proceso o sobre el procesamiento total de una materia prima de refinería.

16. Un proceso como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 en el que los datos generados sobre el efecto de las materias primas de refinería sobre las corrientes del proceso de la refinería se utilizan para desarrollar, actualizar, mantener y/o verificar modelos de proceso para uno o más procesos de refinería.

17. Un proceso como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el conjunto de las materias primas de refinería se fracciona para producir un conjunto que comprende además una pluralidad de fracciones que tienen diferentes propiedades químicas y/o físicas a una tasa de al menos 50 materias primas de refinería por semana, cuyo proceso comprende la etapa adicional de determinar un valor de cada uno de dicha pluralidad de materias primas de refinería en dicho conjunto.

18. Un proceso como se reivindica en la reivindicación 17, en el que la determinación de la etapa comprende: comparar dichas una o más propiedades químicas y/o físicas con el precio de materias primas de refinería que tienen dichas una o más propiedades; identificar una instalación de procesamiento para al menos una de dicha pluralidad de materias primas de refinería con base en la etapa de análisis; identificar una configuración del equipo de procesamiento para al menos una de dicha pluralidad de materias primas de refinería con base en la etapa de análisis; y/o identificar un material para mezclar con al menos una de dicha pluralidad de materias primas de refinería con base en la etapa de análisis.