Способы и системы смешивания для введения предшественника катализатора в сырье, содержащее тяжелую нефть

Способы и системы смешивания для введения предшественника катализатора в сырье, содержащее тяжелую нефть

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области превращения сырья, содержащего тяжелую нефть, в более низкокипящие материалы с более высоким качеством, более конкретно к системам и способам смешивания предшественника катализатора, содержащего соль молибдена или его комплекс с сырьем, содержащим тяжелую нефть, для образования в сырье катализатора гидрообработки.

Родственная область техники

Мировая потребность в очищенных видах ископаемого топлива постоянно возрастает и будет в конце концов опережать поставки сырой нефти высокого качества. Существует возрастающая потребность установить способы более полного использования сырья низкого качества и извлечь из них ценные топливные элементы. Сырье низкого качества характеризуется относительно высокими количествами углеводородов, которые имеют температуру кипения, равную 524°С (975°F), или более высокими концентрациями серы, азота и/или металлов. Высококипящие фракции обычно имеют высокую молекулярную массу и/или низкое отношение водород/углерод, примером которых является класс комплексных соединений, в обобщенном виде называемых "асфальтенами". Асфальтены трудно переработать и они обычно вызывают загрязнение традиционных катализаторов и оборудования гидрообработки.

Примеры видов сырья невысокого качества, которые содержат относительно высокие концентрации асфальтенов, серы, азота и металлов, включают тяжелую неочищенную нефть, битум нефтеносного песка, отстой и остаток (мазут), оставшийся после общепринятого процесса переработки (обобщенно "тяжелая нефть"). Термины "отстой" и "мазут" (или "остаток") обычно относятся к кубовым остаткам атмосферных ректификационных колонн, которые имеют температуру кипения, равную, по меньшей мере, 343°С (650°F), и кубовым остаткам вакуумных колонн, которые имеют температуру кипения, равную, по меньшей мере, 524°С (975°F) или выше.

Превращение тяжелой нефти в полезные конечные продукты требует глубокой переработки, включающей снижение температуры кипения тяжелой нефти, увеличение отношения водорода к углероду и удаление таких примесей, как металлы, сера, азот и соединения, образующие высокое содержание углерода. При использовании сырья, содержащего тяжелую нефть, существующие промышленные процессы каталитического гидрокрекинга становятся загрязненными или быстро претерпевают дезактивацию катализатора. Данное обстоятельство значительно увеличивает затраты на катализатор и техническое обслуживание, делая применяемые в настоящее время катализаторы неприменимыми для гидрообработки тяжелой нефти.

В одной перспективной технологии для гидрообработки тяжелых нефтей применяют растворимую в углеводородах соль молибдена, которая разлагается в тяжелой нефти во время гидрообработки с образованием in situ катализатора гидрообработки на основе сульфида молибдена. Один такой способ раскрыт в патенте США №5578197, выданный на имя Cyr et al. При образовании in situ катализатор на основе сульфида молибдена является высокоэффективным при гидрокрекинге асфальтенов и других углеводородов усложненной структуры для предотвращения загрязнения и закоксовывания.

Значительной проблемой при промышленном применении растворимых в нефти молибденовых катализаторов является их стоимость. Даже небольшие улучшения эффективности работы катализатора могут оказывать значительное благоприятное воздействие на стоимость процесса гидрокрекинга вследствие увеличения производительности катализатора и/или снижения используемого количества катализатора. Эффективность работы растворимых в нефти молибденовых катализаторов зависит значительно от концентрации металлического катализатора в тяжелой нефти и от того, как хорошо предшественник катализатора диспергирован в тяжелой нефти. Усовершенствования, которые могут более эффективно диспергировать предшественник катализатора, могут улучшить эффективность гидрокрекинга тяжелых нефтей с использованием растворимых в нефти соединений молибдена.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способам и системам для смешивания предшественника катализатора с сырьем, содержащим тяжелую нефть, в качестве подготовительной стадии перед гидрообработкой сырья, содержащего тяжелую нефть, в реакторе с образованием обновленного сырья. Способы и системы изобретения преимущественно предоставляют образование коллоидного или молекулярного катализатора гидрообработки. Достижение хорошей дисперсии предшественника катализатора (т.е. достижение дисперсии ниже молекулярного уровня) является преимущественным, поскольку оно облегчает образование коллоидного или молекулярного катализатора гидрообработки. Применение хорошо диспергированного коллоидного или молекулярного катализатора гидрообработки преимущественно преодолевает проблемы, связанные с применением пористых катализаторов на носителе при обновлении сырья, содержащего тяжелую нефть, особенно, неспособность пористых катализаторов на носителе эффективно преобразовывать молекулы асфальтена. Результатом является однократное или многократное снижение загрязнения оборудования, увеличенная степень превращения, обеспечение возможности перерабатывать в реакторе более широкий ряд сырья более низкого качества, и более эффективное применение катализатора на носителе в сочетании с коллоидным или молекулярным катализатором.

В соответствии со способом изобретения предоставлены предшественник катализатора, имеющий относительно низкую вязкость, и сырье, содержащее тяжелую нефть, имеющее более высокую вязкость. Предшественник катализатора первоначально смешивают с углеводородным разбавителем (например, вакуумным газойлем, нефтяной эмульсией, рецикловым газойлем или легким газойлем), образуя композицию разбавленного предшественника. Необязательно разбавитель может содержать часть сырья, содержащего тяжелую нефть, вместо или в дополнение к одному или более из вакуумного газойля, нефтяной эмульсии, рециклового газойля или легкого газойля. Композицию разбавленного предшественника далее смешивают с первой частью сырья, содержащего тяжелую нефть, так, чтобы образовать композицию смешанного сырья. Окончательно, сырье, содержащее тяжелую нефть, смешивают с любым оставшимся сырьем, что приводит в результате к тому, что предшественник катализатора является гомогенно диспергированным ниже молекулярного уровня в сырье, содержащем тяжелую нефть.

Примерная система для осуществления способа изобретения включает первый статический смеситель в линии с низкой скоростью сдвига для смешивания предшественника катализатора с разбавителем так, чтобы образовать разбавленный предшественник катализатора; второй статический смеситель в линии с низкой скоростью сдвига с последующим смесителем с высокой скоростью сдвига для смешивания разбавленного предшественника катализатора с первой частью сырья, содержащего тяжелую нефть, так чтобы образовать композицию смешанного сырья; и промежуточный резервуар, в который вводят композицию смешанного сырья и любое оставшееся сырье, содержащее тяжелую нефть. Промежуточный резервуар может преимущественно обеспечить время пребывания от приблизительно 5 минут до приблизительно 60 минут, предпочтительно от приблизительно 10 минут до приблизительно 50 минут и более предпочтительно от приблизительно 20 минут до приблизительно 40 минут так, чтобы позволить первому компоненту смешанного сырья более равномерно диффундировать через оставшийся второй компонент тяжелой нефти. В результате предшественник катализатора гомогенно диспергирован ниже молекулярного уровня в сырье, содержащем тяжелую нефть, подготовительно перед образованием коллоидного или молекулярного катализатора.

В одном варианте осуществления статические смесители в линии, применяемые для смешивания предшественника катализатора с углеводородным разбавителем и разбавленного предшественника катализатора с сырьем, содержащим тяжелую нефть, характеризуются тем, что включают от приблизительно 2 до приблизительно 20 стадий, более предпочтительно от приблизительно 7 до приблизительно 15 стадий и наиболее предпочтительно от приблизительно 8 до приблизительно 12 стадий. Если предшественник катализатора хорошо смешан с преобладающим количеством или существенной частью сырья, содержащего тяжелую нефть, оставшаяся часть сырья, содержащего тяжелую нефть, может быть загружена в промежуточный резервуар, не будучи предварительно смешанной с разбавленным предшественником катализатора на уровне молекулярной диффузии в промежуточном резервуаре и последующей подаче насосом в многоступенчатые насосы высокого давления для достижения желательного тщательного смешивания предшественника катализатора со всем количеством сырья, содержащего тяжелую нефть.

Один или несколько многоступенчатых насосов, применяемых для подачи под давлением смешанного сырья, выходящего из промежуточного резервуара, предпочтительно включают по меньшей мере приблизительно 10 ступеней сжатия. Множественные многоступенчатые насосы высокого давления могут быть расположены последовательно и/или параллельно по отношению один к другому, чтобы либо увеличить эффективное число ступеней сжатия (последовательно) или увеличить пропускную способность для подачи в систему гидрообработки нисходящего потока (параллельно). В соответствии с принятым в настоящее время предпочтительным вариантом осуществления аппарат для смешивания разбавленного предшественника катализатора с первой частью сырья, содержащего тяжелую нефть, включает в себя единственный в линии статический смеситель с последующим смесителем с высокой скоростью сдвига. Смеситель с высокой скоростью сдвига наиболее предпочтительно имеет относительно короткое время пребывания, такое что наибольшая часть общего времени смешивания приходится на статический смеситель. В данной конфигурации применяется перепад давления статического смесителя, чтобы благоприятным образом достичь степени смешивания с последующим дополнительным смешиванием в смесителе с высокой скоростью сдвига.

Сырье, содержащее тяжелую нефть, разделяют на множество (предпочтительно два) потоков для усиления смешивания с разбавленным предшественником катализатора. Первый поток, который первоначально смешивают с разбавленным предшественником катализатора, содержит от приблизительно 10% до приблизительно 95% от общего потока, предпочтительно от приблизительно 30% до приблизительно 90% от общего потока, более предпочтительно от приблизительно 40% до приблизительно 80% от общего потока и наиболее предпочтительно от приблизительно 65% до приблизительно 75% от общего потока. Разделение сырья, содержащего тяжелую нефть, на два потока обеспечивает превосходное смешивание, в то же время минимизируя операционные и структурные затраты, связанные с разделением сырья на три потока.

Данные и другие преимущества и признаки настоящего изобретения станут более очевидными из последующего описания и приложенной формулы изобретения или могут быть изучены посредством практического воплощения изобретения, как изложено далее в данном документе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для дальнейшего понимания приведенных выше и других преимуществ и признаков настоящего изобретения более конкретное описание изобретения будет представлено со ссылкой на конкретные его варианты осуществления, которые проиллюстрированы на прилагающихся чертежах. Следует учитывать, что данные чертежи отображают только типичные варианты осуществления изобретения и, поэтому, не должны рассматриваться как ограничивающие его объем притязаний. Изобретение будет описано и пояснено с дополнительной специфичностью и детальностью посредством использования сопровождающих чертежей, в которых:

На Фиг.1 изображена гипотетическая химическая структура молекулы асфальтена;

Фиг.2 представляет собой технологическую схему, которая схематически иллюстрирует примерный процесс для подготовки сырья, содержащего тяжелую нефть, для включения коллоидного или молекулярного катализатора, диспергированного в нем.

Фиг.3 схематически иллюстрирует еще одну примерную систему для замешивания предшественника катализатора в сырье, содержащее тяжелую нефть, в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.4 схематически иллюстрирует молекулы катализатора или частицы катализатора коллоидного размера, ассоциированные с молекулами асфальтена; и

Фиг.5А и 5В схематически изображают вид сверху и вид сбоку кристалла дисульфида молибдена размером приблизительно 1 нм.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Определения и введение

Настоящее изобретение относится к способам и системам для достижения тщательной дисперсии растворимого в углеводородах предшественника катализатора в сырье, содержащем тяжелую нефть. При диспергировании до молекулярного уровня предшественник катализатора в будущем разлагается при нагреве с образованием катализатора гидрообработки на основе сульфида молибдена в сырье, содержащем тяжелую нефть. Предшественник катализатора включает катионы металла, которые связаны с множеством органических анионов с образованием растворимой в нефти соли металла (например, соли молибдена). Растворимые в нефти соли металлов производят в присутствии восстановителя для получения атомов молибдена в желательном состоянии окисления.

Термины "коллоидный катализатор" и "коллоидно-диспергированный катализатор" будут относиться к частицам катализатора, имеющим размер частицы, который по размеру соответствует коллоидному состоянию, например, менее чем приблизительно 10 нм в диаметре, более предпочтительно менее приблизительно 5 нм в диаметре и, наиболее предпочтительно, менее приблизительно 1 нм в диаметре. Термин "коллоидный катализатор" включает, но не ограничен ими, молекулярные или молекулярно-диспергированные соединения катализатора.

Термины "молекулярный катализатор" и "молекулярно-диспергированный" катализатор будут относиться к соединениям катализатора, которые по существу "растворены" или полностью диссоциированы от других соединений катализатора или молекул в углеводородном сырье, содержащем тяжелую нефть, нелетучей жидкой фракции, кубовых фракциях, остатке или других сырье или продукте, в которых можно обнаружить катализатор. Его также следует отнести к очень малым частицам катализатора, которые только содержат несколько молекул катализатора, объединенных вместе (например, 15 молекул или менее).

Термины "композиция смешанного сырья" и "композиция кондиционированного сырья" будут относиться к сырью, содержащему тяжелую нефть, в которую композицию растворимого в нефти предшественника катализатора объединяют и смешивают достаточно так, что при разложении предшественника катализатора и образовании катализатора катализатор будет содержать коллоидный и/или молекулярный катализатор, диспергированный в сырье.

Термин "сырье, содержащее тяжелую нефть" будет относиться к тяжелой сырой нефти, битуминозным сланцам, кубовому остатку и остатку от процессов переработки (например, кубовым остаткам крекинг-печей) и любым другим материалам более низкого качества, которые содержат значительное количество высококипящих углеводородных фракций (например, которые кипят при 343°С (650°F) или выше, более конкретно при приблизительно 524°С (975°F)) и выше и/или которые содержат значительное количество асфальтенов, которые могут дезактивировать твердый катализатор на носителе и/или вызывать или приводить к образованию предшественников кокса и отложений. Примеры сырья, содержащего тяжелую нефть, включают, но не ограничены ими, тяжелую нефть Ллойдминстера, битум Колд Лэйк, битум Атабаски, кубовые остатки атмосферных колонн, кубовые остатки вакуумных колонн, мазут (или "остаток"), остаточную смолу, вакуумный остаток и нелетучие жидкие фракции, которые остаются после перегонки сырой нефти, битуминозных сланцев, ожиженного угля или сырья из угольной смолы, горячего разделения и т.п. и которые содержат высококипящие фракции и/или асфальтены.

Термин "асфальтен" будет относиться к фракции сырья, содержащего тяжелую нефть, которая типично является нерастворимой в таких парафиновых растворителях, как пропан, бутан, пентан, гексан и гептан, и которая включает плоские соединения с конденсированным циклом, удерживаемые вместе посредством гетероатомов, таких как сера, азот, кислород и металлы. Асфальтены включают широкий ряд комплексных соединений, содержащих от 80 до 160000 атомов углерода, с преобладанием молекулярных масс, как определено методами растворения в интервале от 5000 до 10000. Приблизительно 80-90% металлов в сырой нефти содержатся в асфальтеновой фракции, которые вместе с более высокой концентрацией неметаллических гетероатомов придают молекулам асфальтена большую гидрофильность и меньшую гидрофобность, чем у других углеводородов в сырой нефти. Гипотетическая структура молекулы асфальтена, разработанная A.G.Bridge и сотрудниками в Chevron, изображена на фиг.1.

Желательный коллоидный и/или молекулярный катализатор типично образуется in situ в сырье, содержащем тяжелую нефть, перед гидрообработкой или при начале гидрообработки сырья. Растворимый в нефти предшественник катализатора содержит металлоорганическое соединение или комплекс, который преимущественно смешивают с сырьем, содержащим тяжелую нефть, и тщательно диспергируют в нем, чтобы достичь очень высокой дисперсии предшественника катализатора в сырье перед нагревом, разложением и образованием конечного катализатора. Примерный предшественник катализатора представляет собой комплекс 2-этилгексаноата молибдена, содержащий приблизительно 15 мас.% молибдена.

Чтобы обеспечить тщательное смешивание предшественника катализатора в сырье, содержащем тяжелую нефть, предшественник катализатора замешивают в сырье, содержащее тяжелую нефть, посредством многоступенчатого процесса смешивания, как показано на фиг.2. Растворимый в нефти предшественник катализатора предварительно смешивают с углеводородным разбавителем нефти (например, вакуумным газойлем, нефтяной эмульсией, рецикловым газойлем или легким газойлем и/или частью сырья) для создания разбавленного предшественника катализатора, который затем смешивают с первой частью сырья, содержащего тяжелую нефть, для образования первой смеси предшественника катализатора и сырья, содержащего тяжелую нефть. Эту первую смесь смешивают со второй частью, состоящей из оставшегося сырья, содержащего тяжелую нефть, таким образом, чтобы в результате предшественник катализатора был гомогенно диспергирован до молекулярного уровня внутри сырья, содержащего тяжелую нефть. Композицию смешанного сырья можно далее нагреть для разложения предшественника катализатора, с образованием коллоидного или молекулярного катализатора в сырье, содержащем тяжелую нефть.

Фиг.3 схематически иллюстрирует примерную систему 200 для глубокого перемешивания растворимого в нефти предшественника катализатора 202 в сырье, содержащем тяжелую нефть 208, так, чтобы в результате предшественник катализатора был диспергирован на коллоидном и/или молекулярном уровне в сырье, содержащем тяжелую нефть 208. Растворимый в нефти предшественник катализатора 202 предпочтительно имеет температуру разложения в интервале от приблизительно 100°С (212°F) до приблизительно 350°С (662°F), более предпочтительно в интервале от приблизительно 110°С (230°F) до приблизительно 300°С (572°F) и наиболее предпочтительно в интервале от приблизительно 120°С (248°F) до приблизительно 250°С (482°F). Примеры представительных композиций предшественника катализатора включают металлоорганические комплексы или соединения, более конкретно, растворимые в нефти соединения или комплексы переходных металлов и органических кислот. В настоящее время предпочтительным предшественником катализатора является 2-этилгексаноат молибдена, содержащий приблизительно 15 мас.% молибдена и имеющий достаточно высокие "температуру или интервал температур разложения, чтобы избежать существенного разложения при смешивании с сырьем, содержащим тяжелую нефть, при температуре ниже приблизительно 250°С (482°F). Другие примерные композиции предшественника включают, но не ограничены ими, октоат молибдена, гексаноат молибдена, нафтанат молибдена, нафтанат ванадия, октоат ванадия, гексакарбонил молибдена, гексакарбонил ванадия и пентакарбонил железа.

Предшественник катализатора 202 дозируют насосом 203 таким образом, чтобы обеспечить требуемый поток предшественника катализатора 202. Предшественник катализатора 202 далее смешивают с разбавителем 204 в первом в линии статическом смесителе с низкой скоростью сдвига 206 с образованием композиции разбавленного предшественника катализатора 207. Примеры подходящих углеводородных разбавителей 204 включают, но не ограничены ими, исходное дизельное топливо, (которое типично имеет температуру кипения, равную приблизительно 150°С или выше), вакуумный газойль (который обычно имеет интервал температур кипения, равный приблизительно 360-524°С) (680-975°F), нефтяную эмульсию или рецикловый газойль (которые обычно имеют интервал температур кипения, равный приблизительно 360-550°С) (680-1022°F) и/или легкий газойль (который обычно имеет интервал температур кипения, равный приблизительно 200-360°С) (392-680°F). Несмотря на то что разбавитель может содержать значительную фракцию ароматических компонентов, не требуется поддерживать асфальтеновую фракцию сырья в растворе, так как хорошо диспергированный катализатор способен осуществлять гидрокрекинг асфальтенов в сырье, содержащем тяжелую нефть, а также других компонентов сырья.

Массовое отношение композиции предшественника катализатора 202 к углеводородному разбавителю нефти 204 предпочтительно находится в интервале от приблизительно 1:500 до приблизительно 1:1, более предпочтительно в интервале от приблизительно 1:150 до приблизительно 1:2, и наиболее предпочтительно в интервале от приблизительно 1:100 до приблизительно 1:5 (например, 1:100, 1:80, 1:50, 1:30 или 1:10).

Композицию предшественника катализатора 202 преимущественно смешивают с углеводородным разбавителем 204 при температуре, ниже которой значительная часть композиции предшественника катализатора 202 начинает разлагаться, предпочтительно при температуре в интервале от приблизительно 25°С (77°F) до приблизительно 300°С (572°F), более предпочтительно в интервале от приблизительно 50°С (122°F) до приблизительно 200°С (392°F) и наиболее предпочтительно в интервале от приблизительно 75°С (167°F) до приблизительно 150°С (302°F) с образованием смеси разбавленного предшественника. Следует учитывать, что действительная температура, при которой образуется смесь разбавленного предшественника, обычно зависит в большой степени от температуры разложения конкретной композиции предшественника, которая применяется.

Преимущественно было обнаружено, что предварительное смешивание композиции предшественника 202 с углеводородным разбавителем 204 перед смешиванием смеси разбавленного предшественника 207 с сырьем, содержащим тяжелую нефть 208, в значительной степени способствует тщательному и глубокому перемешиванию композиции предшественника 202 в сырье 208 в течение относительно короткого периода времени, требуемого для того, чтобы крупномасштабные промышленные операции были экономически оправданными, особенно, если система смешивания представляет собой непрерывный поточный процесс (в противоположность периодическому процессу). Образование смеси разбавленного предшественника 207 сокращает общее время смешивания за счет (1) снижения или устранения различий в растворимости между более полярной композицией предшественника катализатора 202 и сырьем, содержащим тяжелую нефть 208, (2) снижения или устранения различий в реологии между композицией предшественника катализатора 202 и сырьем, содержащим тяжелую нефть 208, и/или (3) разрушения кластеров молекул предшественника катализатора с образованием растворенного вещества в углеводородном нефтяном разбавителе 204, который значительно более легко диспергируется в сырье, содержащем тяжелую нефть 208.

Степень первоначального смешивания, достигаемая в линейном смесителе 206, зависит, по меньшей мере, отчасти, от количества ступеней в линейном смесителе с низкой скорстью сдвига. В одном варианте осуществления смеситель 206 характеризуется как включающий между приблизительно 2 и приблизительно 20 ступеней, предпочтительно между приблизительно 7 и приблизительно 15 ступеней, и более предпочтительно между приблизительно 8 и приблизительно 12 ступеней. В теории смешивания ступень по существу является эквивалентной обладанию емкости, которую энергично перемешивают. Вследствие несовершенства смешивания (т.е. существует некоторое проскальзывание емкости компонентами, подлежащими смешиванию) степень смешивания улучшается, если используют ряд емкостей смешивания (т.е. ступеней). Примерный линейный статический смеситель 206 не включает движущиеся части, но в значительной степени включает множество внутренних перегородок или других элементов внутри трубки или другого корпуса. Внутренние перегородки или другие элементы направляют поток текучей среды во многих различных направлениях посредством повторного разделения и объединения текучей среды турбулентным образом так, чтобы смешивать различные компоненты. Количество ступеней в статическом смесителе эмпирически коррелирует со степенью смешивания, которую можно ожидать в статическом смесителе, по сравнении со степенью смешивания, которая может иметь место при использовании ряда смешивающих емкостей (т.е. текучая среда, выходящая из первой емкости, входит во вторую емкость для смешивания и т.д.). Другими словами, статический смеситель, включающий 10 ступеней, обеспечивает степень смешивания, которая по существу эквивалентна степени, предоставляемой системой смешивания, содержащей ряд из 10 смешивающих емкостей.

Разбавление предшественника катализатора разбавителем перед смешиванием с сырьем, содержащим тяжелую нефть, способствует достижению тщательного перемешивания композиции предшественника в сырье, содержащем тяжелую нефть, вследствие того, что углеводородный разбавитель нефти более легко смешивается с сырьем, содержащим тяжелую нефть, чем сам предшественник катализатора. Важно, чтобы предшественник катализатора был предварительно смешан с разбавителем и следует позаботиться о том, чтобы в целом способ и система смешивания смешивали компоненты в течение времени, достаточного для тщательного перемешивания композиции предшественника в сырье перед существенным разложением композиции предшественника. Например, в патенте США №5578197, выданном на имя Cyr et al., описание которого включено в качестве ссылки, описан способ, посредством которого 2-этилгексаноат молибдена смешивают с остатком вакуумной колонны и растворителем в течение 24 часов перед нагревом полученной в результате смеси в реакционной емкости с образованием соединения катализатора и для воздействия на гидрокрекинг (см. столбец 10, строки 4-43). В то время как 24-х часовое смешивание в окружении для тестирования может быть полностью приемлемым, такое долгое время смешивания может сделать некоторые промышленные операции недопустимо дорогостоящими. Предварительное смешивание предшественника катализатора с разбавителем таким образом, что предшественник катализатора по существу является гомогенно диспергированным по всему объему разбавленного предшественника катализатора, является в огромной степени преимущественным при снижении требуемого времени смешивания для достижения желательной дисперсии по всему объему сырья, содержащего тяжелую нефть. Для специалиста в данной области будет очевидным, что непрерывные поточные системы Фиг.3 и 4, которые включают предварительное смешивание предшественника катализатора с разбавителем, как описано в данном описании, предоставляют ясные преимущества перед способом, описанным в патенте Cyr et al., особенно в окружении промышленной операции.

Особенно преимущественным является сначала образовать смесь разбавленного предшественника в случае, где сырье, содержащее тяжелую нефть 208, содержит воду (например, конденсированную воду). Иначе большее сродство воды к полярной композиции предшественника катализатора 202 может вызвать локализированную агломерацию композиции предшественника 202, приводящую к плохой дисперсии и образованию частиц катализатора микронного размера или крупнее. Углеводородный разбавитель нефти 204 предпочтительно является безводным (т.е. содержит менее приблизительно 0,5% воды), чтобы предотвратить образование значительных количеств частиц катализатора микронного размера или крупнее.

Смесь разбавленного предшественника 207 далее объединяют с сырьем, содержащим тяжелую нефть 208, таким образом, чтобы диспергировать композицию предшественника катализатора 202 по всему объему сырья для получения на выходе композиции кондиционированного сырья, в которой композиция предшественника 202 тщательно перемешана в сырье, содержащем тяжелую нефть 208. На иллюстрированной системе 200 сырье, содержащее тяжелую нефть 208, разделяют на два потока 208а и 208b для прогрессивного смешивания с потоком разбавленного предшественника катализатора 207. В одном примере поток 208 может быть разделен так, что между приблизительно 10% и приблизительно 95% потока 208 содержится в потоке 208а, предпочтительно между приблизительно 40% и приблизительно 80%, и более предпочтительно между приблизительно 65% и приблизительно 75% содержится в потоке 208а.

Поток разбавленного предшественника катализатора 207 преимущественно смешивают с первым потоком сырья, содержащего тяжелую нефть 208а, во втором статическом линейном смесителе с низкой скоростью сдвига 210, который преимущественно действует, чтобы начать замешивание разбавленного предшественника катализатора в поток сырья 208а. Выходящий поток 211 из смесителя 210 содержит смесь разбавителя 204, предшественника катализатора 202 и часть сырья, содержащего тяжелую нефть 208. Предшественник катализатора в выходящем потоке 211 может еще не быть коллоидно и/или молекулярно диспергирован в сырье, содержащем тяжелую нефть. Выходящий поток 211 вводят в динамический смеситель с высокой скоростью сдвига 212 (например, емкость с воздушным винтом или турбинной мешалкой для обеспечения очень турбулентного смешивания с высокой скоростью сдвига), который благоприятным образом действует для глубокого перемешивания вместе предшественника катализатора и сырья, содержащего тяжелую нефть. Одним примером подходящего динамического смесителя с высокой скоростью сдвига является линейный смеситель 8000LS, производимый Silverson Machines, Ltd., расположенной в Waterside, England. Выходящий поток 213, состоящий из первой перемешанной смеси из смесителя с высокой скоростью сдвига 212, вводят вместе с оставшимся вторым потоком сырья, содержащего тяжелую нефть 208b, в промежуточный резервуар 214.

Чтобы обеспечить достаточное перемешивание композиции предшественника катализатора в сырье, содержащем тяжелую нефть, так чтобы на выходе получить коллоидный и/или молекулярный катализатор при разложении композиции предшественника, разбавленную смесь предшественника и сырье, содержащее тяжелую нефть 208, предпочтительно смешивают в течение от приблизительно 0,001 секунды до приблизительно 20 минут, более предпочтительно от приблизительно 0,005 секунд до приблизительно 20 секунд и, наиболее предпочтительно, от приблизительно 0,01 секунды до приблизительно 3 секунд. Время смешивания в статическом смесителе с низкой скоростью сдвига зависит от количества ступеней и объемного потока компонентов. Увеличение интенсивности и/или энергии сдвига процесса смешивания в смесителе с высокой скоростью сдвига 212 в целом снижает время смешивания, необходимое для осуществления тщательного смешивания в смесителе с высокой скоростью сдвига 212. Время смешивания в статическом линейном смесителе 210 может преимущественно включать в себя большую часть общего времени смешивания. В такой конфигурации используется перепад давления статического смесителя 210 для преимущественного достижения степени смешивания, с последующим или предыдущим дополнительным смешиванием в смесителе с высокой скоростью сдвига 212. В настоящее время является предпочтительным, чтобы смеситель с высокой скоростью сдвига 212 следовал за линейным смесителем 210. Например, при проведении примерной крупномасштабной промышленной операции адекватная степень смешивания может достигаться при времени между приблизительно 0,03 и приблизительно 0,5 секундами в динамическом смесителе с высокой скоростью сдвига 212, причем линейный статический смеситель 210 имеет время пребывания при смешивании больше, чем время для смесителя с высокой скоростью сдвига 212.

Было обнаружено, что специфическая конфигурация, включающая статический линейный смеситель с последующим динамическим смесителем с высокой скоростью сдвига, преимущественно обеспечивает очень тщательное смешивание потока разбавленного предшественника катализатора 207 и первой части сырья, содержащего тяжелую нефть 208а. Несмотря на то что такая конфигурация может быть предпочтительной, могут также применяться другие конфигурации смешивания. Например, другая конфигурация смешивания может включать только один или несколько динамических смесителей с высокой скоростью сдвига; множество статических линейных смесителей; или множество статических линейных смесителей в сочетании с одним или несколькими линейными смесителями с высокой скоростью сдвига.

Дополнительное устройство может быть включено в систему в нисходящем потоке для обеспечения даже более тщательного перемешивания предшественника катализатора в сырье, содержащем тяжелую нефть. Например, статический линейный смеситель 210 и динамический смеситель с высокой скоростью сдвига 212 (или еще одна конфигурация смешивающего устройства) могут сопровождаться насосом в окружении промежуточного резервуара 214 и/или одним или несколькими многоступенчатыми центрифужными насосами высокого давления. Представленная система 200 включает три насоса 216а-216с, расположенные параллельно, которые будут обсуждаться далее ниже.

В системе фиг.3 только часть сырья, содержащего тяжелую нефть 208 (т.е. поток 208а), первоначально смешивают с разбавленным предшественником катализатора 207. Несмотря на то что проиллюстрировано разделение поступающего потока 208 на два потока 208а и 208b, поступающий поток 208 может быть разделен на три или даже более потоков для прогрессивного перемешивания с предшественником катализатора. Однако система, в которой поступающий поток разделен на два потока с использованием промежуточного резервуара для повторного объединения двух потоков во время смешивания первой перемешанной смеси с любой оставшейся тяжелой нефтью, является особенно преимущественной, так как было обнаружено, что в ней достигается очень тщательное перемешивание предшественника катализатора 202 в сырье 208 без чрезмерного увеличения операционных затрат и сложности системы и способа.

В этой точке предшественник катализатора тщательно смешивают во всем объеме только части сырья, содержащего тяжелую нефть. Поток кондиционированного сырья, содержащего тяжелую нефть, 213 далее вводят наряду с оставшимся сырьем, содержащим тяжелую нефть, 208b в промежуточный резервуар 214. Такой промежуточный резервуар обычным образом связан с любой системой реактора гидрообработки в нисходящем потоке. В данном случае промежуточный резервуар применяют для более полной диффузии предшественника катализатора во всем объеме сырья, содержащего тяжелую нефть. Посредством молекулярной диффузии предшественник катализатора 202 в промежуточном резервуаре 214 продолжает диффундировать даже более полно во всем объеме сырья, содержащего тяжелую нефть, подготовительно перед нагревом и разложением с образованием коллоидного или молекулярного катализатора. Для обеспечения достаточного времени диффузии промежуточный резервуар 214 преимущественно может обеспечивать время пребывания между при