[发明专利]用于含有溶解的氢的原料的沸腾床方法

说明书

相关申请

本申请要求2011年7月29日提交的临时专利申请US61/513，055的优先权，其内容在此引入作为参考。

发明背景

发明领域

本发明涉及使用沸腾床反应器的加氢裂化或者加氢处理系统和方法。

相关领域说明

加氢裂化或者加氢处理操作通常的目标是除去杂质例如硫、氮和/或金属，特别是残渣原料中的杂质，和将重质进料裂化成低沸点的低分子量烃，以获得运输燃料如汽油和柴油。发生在加氢裂化/加氢处理操作中的反应包括加氢脱硫(HDS)、炭渣还原(CRR)、除氮(HDN)和裂化。

在精炼厂中，令人期望的是使得用于更换或再生催化剂的停工时间最小化。此外，方法经济性通常需要多用途系统，其能够处置不同污染物水平(例如硫、氮、金属和/或有机金属化合物)的进料流，例如在真空粗柴油、脱沥青油和残渣中所发现的那些。

精炼工业中存在着三种通常的反应器类型：固定床、沸腾床和移动床。决定利用具体类型的反应器基于许多标准，包括原料的特性、所需的转化百分率、灵活性、运转周期和必需的产品品质。

开发了沸腾床反应器以克服在处理相对重质原料的过程中，并且由于例如对于减压渣油来说转化率要求提高，通常与固定床反应器有关的堵塞问题。在沸腾床反应器中，催化剂处于膨胀床中，由此抵消了与固定床反应器有关的堵塞问题。催化剂在沸腾床反应器中的流化性质也允许对于小部分的床进行在线催化剂更换。这得到了不随时间变化的高净床活性。

固定床技术在处理含有相对高量的杂原子、金属和沥青质的特别重质的加料中具有相当大的问题，因为这些污染物导致了催化剂的迅速失活和反应器堵塞。可以使用串联的多个固定床反应器以实现沸点高于370℃的重质原料相对高的转化率，但是这样的设计需要高的资金投资，并且对于某些原料来说在商业上不切实际，例如每3-4个月更换催化剂。

所以，为了处理这些重质加料，沸腾床反应器得以开发并且在全球范围内运行。这些反应器具有运行和效率上的诸多优势，特别是处理重质原油方面。早期的沸腾床方法和系统由Johanson描述在美国专利2,987,465和3,197,288中，其二者在此引入作为参考。

通常，沸腾床反应器包括通过含有催化剂的垂直取向的圆柱容器而同向流动的液体、固体和气体。催化剂置于液体的运动中，并且具有分散在整个液体介质中的总体积，其大于催化剂物质固定时的体积。沸腾床反应器被结合到不同的精炼厂操作中，包括用于提质重质液态烃和将煤转化成合成油的方法中。

典型地，液态烃相和气态氢相以一定速率向上经过催化剂颗粒床，从而在流体向上经过该床时，迫使颗粒进行运动。催化剂床膨胀水平至少部分地通过底部产物再循环液体流速来确定，该流速受控于沸腾床泵。在稳态操作(即沸腾床状态)过程中，大部分催化剂不会上升到超过在反应器设计中预定的反应器的某个水平。建立该水平以防止催化剂颗粒离开反应器或者干扰旋风分离器的有效运行，该旋风分离器安装在反应器内以从气-液混合物中分离所携带的催化剂颗粒。可以在反应器中初始装入更多的催化剂，因为没有气体滞留(hold-up)和液体粘度。这些设计标准是本领域技术人员公知的。大部分的产物蒸气和液体经过催化剂颗粒的上部水平进入到基本上无催化剂的区域，并且紧邻反应器上部被除去。

大量的氢气和轻质烃蒸气上升通过反应区进入无催化剂的区域。液体再循环到反应器底部，并且作为来自该无催化剂区域的净产物而从反应器中除去。在经过由沸腾泵的吸力抽吸的再循环管道之前，某部分的蒸气从液体再循环流中分离。但是，底部产物再循环流中存在的气体或蒸气显著降低了再循环泵的能力。蒸气的存在还降低了反应器中的液体停留时间和限制了氢分压。

具有催化剂颗粒的沸腾床的催化加氢裂化方法中所用的某些反应器，设计有中心垂直再循环管道，其充当了下流管道或者下降管，用于将液体从沸腾催化剂床上面的无催化剂区域再循环到再循环泵的吸入端，以将液体在催化反应区中再循环。

图1图示了现有技术的系统和设备100，其中液体用再循环下流管道内部再循环。设备100包括沸腾床反应器160和沸腾泵164。沸腾床反应器160包括用于接收氢气和原料的混合物的入口130和用于排出产物流出物的出口166。沸腾泵164与沸腾床反应器160流体连通，并且包括用于接收再循环自沸腾床反应器160的流出物的入口162和用于在升高的压力下排出再循环的流出物的出口163。