Способ двухфазной гидрообработки как предварительная обработка для способа трехфазной гидрообработки

Способ двухфазной гидрообработки как предварительная обработка для способа трехфазной гидрообработки

Реферат

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способу гидрообработки углеводородного сырья с применением двух реакционных зон для удаления загрязняющих веществ и/или снижения содержания нежелательных соединений в сырье.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Всемирный спрос на чистые топлива, такие как ультрамалосернистое дизельное топливо (ULSD), быстро увеличился, так как многие государства установили экологические нормы, которые требуют существенно более низких уровней содержания серы для более чистого горения или просто ”чистых топлив”, чтобы уменьшить выбросы диоксида серы (SO₂) от применения таких топлив.

Способы гидрообработки, такие как гидродесульфурация (HDS) и гидроденитрификация (HDN), при которых удаляют серу и азот соответственно, применяются для обработки углеводородных топлив для производства чистых топлив.

Традиционные трехфазные реакторы гидрообработки, как правило, известные как реакторы с орошаемым слоем, требуют переноса газообразного водорода из газообразной фазы через углеводородное сырье в жидкой фазе для вступления в реакцию с сырьем на поверхности твердого катализатора. Таким образом, присутствуют три фазы (газообразная, жидкая и твердая). Непрерывная фаза через реактор представляет собой газообразную фазу. Реакторы с орошаемым слоем могут быть дорогими в работе. Они требуют использования большого избытка водорода по отношению к сырью. Избыточный водород нагнетается обратно большими компрессорами, чтобы избежать потери количества водорода. К тому же, значительное образование кокса, вызывающее дезактивацию катализатора, создает проблему из-за локального перегрева, так как функционирование орошаемого слоя может не справляться с эффективным рассеиванием тепла, вырабатываемого во время гидрообработки.

Ackerson и др. в патенте США № 6123835 раскрывают двухфазную систему гидрообработки, которая исключает необходимость в переносе газообразного водорода из газообразной фазы через углеводород в жидкой фазе на поверхность твердого катализатора. В двухфазной системе гидрообработки растворитель, который может быть рециркулярной частью подвергшегося гидроочистке жидкого эффлюента, исполняет функции разбавителя и смешивается с углеводородным сырьем. Водород растворяют в смеси сырье/разбавитель для обеспечения водорода в жидкой фазе. По существу весь требуемый в реакции гидроочистки водород доступен в растворе.

Kokayeff и др. в публикации патентной заявки США № 2009/0321310 описывают способ, который сочетает главным образом жидкофазную (двухфазную) зону гидрообработки с главным образом трехфазной зоной гидрообработки таким образом, что необходимый водород для обеих реакционных зон подается из внешнего источника в трехфазную зону. Kokayeff и др. определяют “главным образом жидкофазный“ как содержащий до 5000 процентов содержания предельных углеводородов. Использование рециркуляции водорода или компрессора для рециркуляции газа считается ненужным и может быть исключено. Эффлюент из трехфазной зоны содержит избыточный водород и направляется в жидкофазную зону, где водород, присутствующий в эффлюенте, удовлетворяет потребность в водороде для жидкофазных реакций. Для облегчения потока газообразного водорода из трехфазной зоны в жидкофазную зону, Kokayeff и др. предпочтительно эксплуатировали трехфазную зону при более высоком давлении, чем жидкофазная зона.

Хотя Kokayeff и др. стремятся сочетать преимущества жидкофазной (двухфазной) гидрообработки с трехфазной гидрообработкой, проблемы остаются из-за эффективности жидкофазной зоны, опираясь на трехфазную зону для водорода. Конверсия в жидкофазной зоне может быть ограничена из-за растворимости водорода, так что существенная конверсия может требоваться в трехфазной зоне, которая является большим реактором (реакторами), чтобы добиться желаемой конверсии.

Остается желательным обеспечение эффективного способа для гидрообработки углеводородного сырья, который обеспечивает высокую степень конверсии в показателях удаления серы и азота, снижение плотности и повышение цетанового числа. Желательным является сочетание экономии, обеспечиваемой жидкофазным процессом, в котором могут использоваться меньшие реакторы, с эффективностью трехфазного процесса, при котором могут обеспечиваться высокие показатели конверсии в кинетически ограниченных областях. Также остается желательным иметь способ гидрообработки для производства продукта, удовлетворяющего ряду требований к топливу для коммерческого транспорта, включая нормы Euro V ULSD.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение обеспечивает способ гидрообработки углеводородного сырья. Этот способ включает:

(a) предоставление установки для гидрообработки, содержащей первую двухфазную зону гидрообработки в последовательности и в жидкостном сообщении с трехфазной зоной гидрообработки, при этом первая двухфазная зона гидрообработки содержит рециркуляцию жидкости и по меньшей мере два слоя катализатора, расположенных в последовательности и в жидкостном сообщении, при этом каждый слой катализатора расположен в заполненном жидкостью реакторе и содержит катализатор, имеющий объем, причем объем катализатора увеличивается в каждом последующем слое; трехфазная зона гидрообработки содержит слой катализатора с одним проходом жидкости, расположенный в реакторе с орошаемым слоем, при этом каждый слой катализатора с одним проходом жидкости находится вне любого рециркуляционного потока жидкости;

(b) приведение в контакт углеводородного сырья с (i) разбавителем и (ii) водородом для получения смеси углеводородное сырье/разбавитель/водород перед двухфазной зоной гидрообработки, при этом водород растворяется в смеси для получения жидкого сырья;

(c) приведение в контакт жидкого сырья с первым катализатором в первом слое катализатора двухфазной зоны гидрообработки для получения эффлюента продукта;

(d) приведение в контакт эффлюента продукта с предыдущего слоя катализатора с текущим катализатором на текущем слое катализатора первой двухфазной зоны гидрообработки, при этом предыдущий слой катализатора расположен непосредственно перед текущим слоем катализатора и в жидкостном сообщении с ним для получения текущего эффлюент продукта, так что когда предыдущий слой катализатора является первым слоем катализатора, эффлюент продукта с предыдущего слоя катализатора является эффлюентом продукта с первого слоя катализатора, полученным на этапе (c);

(e) повторное использование части текущего эффлюента продукта с конечного слоя катализатора двухфазной зоны гидрообработки в качестве рециркуляции жидкости для использования в разбавителе на этапе (b) при коэффициенте рециркуляции от приблизительно 0,1 до приблизительно 10, предпочтительно от приблизительно 0,5 до приблизительно 6, более предпочтительно от приблизительно 1 до приблизительно 3, при этом конечный слой катализатора содержит конечный катализатор и является текущим слоем катализатора, не имеющим последующего (ниже по схеме процесса) слоя катализатора в первой двухфазной зоне гидрообработки;

(f) приведение в контакт водорода и остальной части текущего эффлюента продукта с конечного слоя катализатора первой двухфазной зоны гидрообработки с одним или несколькими катализаторами в одном или нескольких слоях катализатора с одним проходом жидкости, при этом каждый слой катализатора с одним проходом жидкости на этом этапе (f) располагают в (i) заполненном жидкостью реакторе во второй двухфазной зоне гидрообработки или (ii) реакторе с орошаемым слоем в трехфазной зоне гидрообработки для получения эффлюента продукта,

при условии что когда остальную часть текущего эффлюента продукта приводят в контакт с катализатором в слое катализатора с одним проходом жидкости, расположенном в заполненном жидкостью реакторе, присутствует дополнительный этап, включающий:

(f') приведение в контакт эффлюента продукта со слоя катализатора с одним проходом жидкости, расположенного в заполненном жидкостью реакторе и водородсодержащего газа, с катализатором в слое катализатора с одним проходом жидкости, расположенном в реакторе с орошаемым слоем в трехфазной зоне гидрообработки;

и дополнительно, при условии того, что когда слой катализатора с одним проходом жидкости расположен в реакторе с орошаемым слоем, водород подают в качестве водородсодержащего газа, при этом по меньшей мере часть водородсодержащего газа представляет собой поток циркуляционного газа, богатого водородом, и при этом водородсодержащий газ добавляют в количестве, достаточном для поддержания непрерывной газообразной фазы в реакторе с орошаемым слоем, и эффлюент продукта представляет собой эффлюент продукта орошаемого слоя; и

(g) направление эффлюента продукта орошаемого слоя в сепаратор для получения потока циркуляционного газа, богатого водородом, для использования на этапе (f) и жидкого продукта.

Факультативно способ согласно настоящему изобретению дополнительно включает повторение этапа (d) один или несколько раз. Например, этап (d) выполняют от одного до девяти раз (то есть, этап (d) повторяют от нуля до девяти раз), так что первая двухфазная зона гидрообработки в общем имеет от двух до десяти слоев. Если этап (d) повторяют один раз, эта двухфазная зона гидрообработки содержит три слоя катализатора: первый слой катализатора, второй слой катализатора и конечный слой катализатора. Соответственно, второй и конечный слои катализатора являются “текущими слоями катализатора” на этапе (d). В последовательности слоев катализатора каждый слой катализатора, идущий за первым слоем катализатора, то есть каждый слой катализатора после первого слоя катализатора, является текущим слоем катализатора на этапе (d).

В одном варианте способа согласно этому изобретению этап (d) не повторяется, и первая двухфазная зона гидрообработки содержит только два слоя катализатора - первый слой катализатора и конечный слой катализатора.

Как изложено здесь, слои катализатора расположены в последовательности. Таким образом, первый слой катализатора не имеет предыдущего слоя катализатора (перед первым слоем катализатора нет слоя катализатора) и конечный слой катализатора не имеет последующего слоя катализатора (после конечного слоя катализатора нет слоя катализатора). Таким образом, первая двухфазная зона гидрообработки содержит по меньшей мере первый слой катализатора и конечный слой катализатора или по меньшей мере один предыдущий слой катализатора и по меньшей мере один последующий слой катализатора.

Трехфазная зона гидрообработки содержит слой катализатора с одним проходом жидкости, расположенный в реакторе с орошаемым слоем. Здесь предполагается, что трехфазная зона гидрообработки может содержать два или более слоя катализатора с одним проходом жидкости, расположенные в одном или нескольких реакторах с орошаемым слоем. Например, эта зона может состоять из одного слоя катализатора с одним проходом жидкости, расположенного в реакторе с орошаемым слоем. Эта зона может содержать два или более слоя катализатора с одним проходом жидкости, расположенные в одном или нескольких реакторах с орошаемым слоем, при этом два или более отдельных слоев могут быть расположены в одном колонном реакторе с орошаемым слоем или отдельные слои могут быть расположены в отдельных реакторах с орошаемым слоем.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

На фиг. 1 изображена блок-схема, отображающая один вариант осуществления способа согласно этому изобретению для предварительной обработки углеводородного сырья в двухфазной зоне гидрообработки перед гидрообработкой предварительно обработанного сырья в трехфазной зоне гидрообработки.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение обеспечивает способ гидрообработки углеводородного сырья. Способ обеспечивает высокую общую конверсию относительно удаления серы и азота, снижение плотности и повышение цетанового числа. Применяя способ согласно этому изобретению, содержание серы типичного углеводородного сырья, которое может превышать 10000 число частей на миллион по весу (wppm), можно снизить, например, до 7 wppm или 8 wppm, что удовлетворяет нормам Euro V (<10 wppm) для ультрамалосернистого дизельного топлива (ULSD).

В способе согласно настоящему изобретению первая двухфазная зона гидрообработки содержит по меньшей мере два слоя катализатора. Под “двухфазной зоной гидрообработки” здесь подразумевают, что катализатор, добавляемый в процесс, пребывает в твердой фазе, а реагенты (сырье, водород), а также разбавитель и эффлюенты продукта пребывают в жидкой фазе. Каждый реактор двухфазной зоны гидрообработки работает как заполненный жидкостью реактор, в котором водород растворяют в жидкой фазе, и реактор по существу свободен от газообразной фазы.

Верхний предел числа слоев в первой двухфазной зоне гидрообработки может быть основан на практических причинах, таких как управление стоимостью и сложностью в этой зоне гидрообработки. В этой двухфазной зоне гидрообработки используются два или более слоев катализаторов, например, от двух до десяти слоев (повторять этап (d) от нуля до восьми раз) или от двух до четырех слоев (повторять этап (d) от нуля до двух раз). Для каждого последующего слоя в этой зоне объем катализатора увеличивается.

Два слоя катализатора могут присутствовать в первой двухфазной зоне гидрообработки согласно настоящему изобретению. Объем катализатора первого слоя катализатора меньше объема катализатора второго слоя катализатора. Первый эффлюент продукта с первого слоя катализатора направляют на второй слой катализатора, который является конечным слоем катализатора. Часть эффлюента продукта с конечного слоя катализатора подают обратно в качестве рециркуляции жидкости для использования в разбавителе.

Если в первой двухфазной зоне гидрообработки присутствует более чем два слоя, этап (d) повторяют один или несколько раз. Термин “текущий слой катализатора” используется здесь в значении отдельного слоя катализатора, в котором проводят этап (d) приведения в контакт. В данном описании текущий слой катализатора следует (находится за) за первым слоем катализатора, и, таким образом, каждый “текущий слой катализатора” имеет по меньшей мере один предыдущий слой катализатора. Если текущий слой катализатора является вторым слоем катализатора в последовательности, первый слой катализатора является непосредственно предыдущим слоем катализатора.

Специалист в данной области поймет связь между первым слоем катализатора, не имеющим предыдущего (выше по схеме процесса) слоя катализатора, текущим слоем катализатора, который имеет по меньшей мере один предыдущий слой катализатора, и конечным слоем катализатора, который не имеет последующего (ниже по схеме процесса) слоя катализатора и является текущим слоем катализатора на этапе (d).

Предпочтительно каждый слой катализатора первой двухфазной зоны гидрообработки потребляет приблизительно одинаковое количество (по объему) водорода. Отношение объема первого катализатора (катализатора в первом слое катализатора) к объему конечного катализатора (катализатора в конечном слое катализатора) в первой двухфазной зоне гидрообработки предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 1:1,1 до приблизительно 1:20, предпочтительно от 1:1,1 до 10. В предпочтительном варианте осуществления объем катализатора распределяется среди слоев катализатора этой зоны гидрообработки таким образом, что потребление водорода для каждого слоя катализатора является по существу равным. Под “по существу равным” здесь подразумевается то, что по существу одинаковое количество водорода потребляется в каждом слое катализатора, в диапазоне ±10% по объему водорода. Специалист в области гидрообработки сможет определить распределение объема катализатора для достижения желаемого потребления водорода в этих слоях катализатора.

Слои катализатора в первой двухфазной зоне гидрообработки настоящего изобретения могут быть расположены в одном колонном реакторе, имеющем несколько отдельных слоев, при условии что слои являются несовпадающими и разделенными. Альтернативно, могут использоваться несколько реакторов, имеющих один или несколько слоев в каждом отдельном реакторе.

В первой двухфазной зоне гидрообработки свежий водород добавляют в смесь жидкое сырье/разбавитель/водород перед первым слоем катализатора и предпочтительно в эффлюент продукта с предыдущего слоя катализатора перед приведением в контакт эффлюента с текущим слоем катализатора. Под “свежим водородом” здесь подразумевают, что водород не получают из рециркуляционного потока. Свежий водород растворяют в смеси или эффлюенте продукта перед приведением в контакт смеси, которая является жидким сырьем или эффлюентом продукта, с катализатором в слое катализатора.

В способе согласно этому изобретению углеводородное сырье приводят в контакт с разбавителем и газообразным водородом перед первым слоем катализатора первой двухфазной зоны гидрообработки. Углеводородное сырье могут сначала приводить в контакт с водородом, а затем с разбавителем или предпочтительно сначала с разбавителем, а затем с водородом для обеспечения смеси сырье/разбавитель/водород, которая является жидким сырьем. Жидкое сырье приводят в контакт с первым катализатором в первом слое катализатора для получения первого эффлюента продукта.

Углеводородное сырье может представлять собой любой углеводородный состав, содержащий нежелательное количество загрязняющих веществ (серы, азота, металлов) и/или ароматических соединений. Углеводородное сырье может иметь вязкость по меньшей мере 0,5 сП, плотность по меньшей мере 750 кг/м³ при температуре 15,6°C (60°F) и конечную температуру кипения в диапазоне от приблизительно 350°C (660°F) до приблизительно 700°C (1300°F). Углеводородное сырье может быть минеральным топливом, синтетическим топливом, нефтяными фракциями, или комбинациями из двух или более из них. Нефтяные фракции могут быть сгруппированы в три основных категории, такие как (a) легкие дистилляты, такие как сжиженный нефтяной газ (LPG), газолин, лигроин; (b) средние дистилляты, такие как, керосин, дизельное топливо; и (c) тяжелые дистилляты и остаток, такой как тяжелое нефтяное топливо, смазочные масла, парафин, битум. Эти классификации основаны на основных способах для перегонки сырой нефти и разделения на фракции (дистилляты).

Предпочтительное углеводородное сырье выбирают из группы, состоящей из топлива для ракетных двигателей, керосина, прямогонного дизельного топлива, легкого рециклового газойля, легкого рециклового газойля коксования, газойля, тяжелого рециклового газойля, тяжелого газойля коксования, тяжелого газойля, кубовых остатков перегонки нефти, деасфальтизированного масла, парафинов, горюче-смазочных материалов и их комбинаций из двух или более компонентов.

Другим предпочтительным углеводородным сырьем является среднедистиллятная смесь, которая является смесью из двух или более средних дистиллятов, например, прямогонного дизельного топлива и легкого рециклового газойля. Под “средними дистиллятами” подразумевают совокупную нефтяную дистиллятную фракцию, кипящую над лигроином (точка кипения выше приблизительно 300°F или 149°C) и ниже нефтяного остатка (точка кипения выше приблизительно 800°F или 427°C). Средние дистилляты могут продаваться как керосин, топливо для ракетных двигателей, дизельное топливо и мазуты (печное топливо).

Предпочтительно в первой двухфазной зоне гидрообработки эффлюент продукта с предыдущего слоя катализатора приводят в контакт со свежим водородом перед приведением в контакт эффлюента продукта с катализатором в текущем слое катализатора. Таким образом, водород предпочтительно добавляют между слоями для увеличения содержания водорода в эффлюенте продукта и, таким образом, получения жидкости эффлюент продукта/водород. Водород могут смешивать и/или расширять с эффлюентом продукта для получения жидкости эффлюент продукта/водород.

Двухфазная зона гидрообработки является заполненной жидкостью реакционной зоной, по существу не имеющей водорода в газообразной фазе. Под “по существу не имеющая водорода в газообразной фазе” подразумевается то, что не более 5%, предпочтительно не более 1% и предпочтительно 0% водорода присутствует в газообразной фазе. Излишний газообразный водород могут удалять из жидкого сырья или жидкости эффлюент продукта/водород перед подачей на слой катализатора для поддержания процесса в форме полностью заполненного жидкостью процесса.

Разбавитель, используемый в этом изобретении, обычно содержит, по существу состоит из, или состоит из рециркуляционного потока эффлюента продукта с конечного слоя катализатора в двухфазной зоне гидрообработки. Рециркуляционный поток представляет собой рециркуляцию жидкости и является частью эффлюента продукта с конечного слоя катализатора, который подают обратно и соединяют с углеводородным сырьем перед или после приведения в контакт углеводородного сырья с водородом. Предпочтительно углеводородное сырье приводят в контакт с разбавителем перед приведением в контакт углеводородного сырья с водородом.

Дополнительно к рециркулируемому эффлюенту продукта разбавитель может дополнительно содержать любую органическую жидкость, которая совместима с углеводородным сырьем и катализаторами. Если разбавитель содержит органическую жидкость, предпочтительно, чтобы органическая жидкость являлась жидкостью, в которой водород обладает сравнительно высокой растворимостью. Разбавитель может содержать органическую жидкость, выбранную из группы, состоящей из легких углеводородов, легких дистиллятов, лигроина, дизельного топлива и комбинаций из двух или более из них. Более конкретно, органическую жидкость выбирают из группы, состоящей из пропана, бутана, пентана, гексана или их комбинаций.

Разбавитель обычно представлен в количестве, не большем чем 90%, на основании общего веса сырья и разбавителя, предпочтительно 20-85% и более предпочтительно 50-80%. Предпочтительно разбавитель состоит из потока рециркулируемого продукта, который содержит растворенные легкие углеводороды, например пропан, бутан, пентан, гексан или комбинации из двух или более из них.

Часть эффлюента продукта с конечного слоя катализатора первой двухфазной зоны гидрообработки подается обратно в качестве рециркуляционного потока для использования в разбавителе при коэффициенте рециркуляции от приблизительно 0,1 до приблизительно 10, предпочтительно от приблизительно 0,5 до приблизительно 6, более предпочтительно от приблизительно 1 до приблизительно 3. Коэффициенты рециркуляции коррелируют с количеством добавленного разбавителя (процент по весу сырья и разбавителя), изложенного выше. Рециркуляционный поток объединяют со свежим углеводородным сырьем без отделения аммиака и сероводорода и остающегося водорода из конечного эффлюента продукта.

Комбинация углеводородного сырья и разбавителя допускает растворение всего водорода в жидкой фазе, без необходимости водорода в газовой фазе в двухфазной зоне гидрообработки. То есть как первая, так и факультативная вторая двухфазная зона гидрообработки функционируют как заполненные жидкостью процессы. Под “заполненным жидкостью процессом” здесь следует понимать, что водород по существу растворен в жидкости, т.е. по существу водород без газообразной фазы.

Первая двухфазная зона гидрообработки находится в последовательности с и в жидкостном сообщении с трехфазной зоной гидрообработки. Факультативно, жидкостное сообщение между первой двухфазной зоной гидрообработки прерывается второй двухфазной зоной гидрообработки. Факультативная вторая двухфазная зона гидрообработки следует за (находится ниже по схеме процесса) первой двухфазной зоной гидрообработки и пребывает в жидкостном сообщении с ней, а также находится перед (находится выше по схеме процесса) трехфазной зоной гидрообработки и пребывает в жидкостном сообщении с ней, как описано выше.

Водород и остальную часть текущего эффлюента продукта с конечного слоя катализатора первой двухфазной зоны гидрообработки приводят в контакт с одним или несколькими катализаторами в одном или нескольких слоях катализатора с одним проходом жидкости, при этом каждый слой катализатора с одним проходом жидкости на этом этапе располагают в (i) заполненном жидкостью реакторе во второй двухфазной зоне гидрообработки или в (ii) реакторе с орошаемым слоем в трехфазной зоне гидрообработки для получения эффлюента продукта, Под “слоем катализатора с одним проходом жидкости” подразумевается, что рециркуляция жидкой фазы эффлюента продукта со слоя катализатора с одним проходом жидкости на предыдущий (расположенный выше по схеме процесса) слой катализатора отсутствует.

В первом варианте осуществления слой катализатора с одним проходом жидкости расположен в реакторе с орошаемым слоем и эффлюент продукта является эффлюентом продукта орошаемого слоя. В данном варианте осуществления трехфазная зона гидрообработки содержит слой катализатора с одним проходом жидкости. В дальнейшем водород подают как водородсодержащий газ, при этом по меньшей мере часть водородсодержащего газа представляет собой поток циркуляционного газа, богатого водородом, впоследствии получаемого после отделения жидкого продукта от эффлюента продукта орошаемого слоя. Водородсодержащий газ добавляют в количестве, достаточном для поддержания непрерывной газообразной фазы в реакторе с орошаемым слоем.

Термин “реактор с орошаемым слоем” здесь следует понимать как реактор, в котором потоки как жидкости, так и газа проходят через слой насадки из твердых частиц катализатора, а газообразная фаза является непрерывной фазой.

Употребление выражения “слой катализатора с одним проходом жидкости” здесь следует понимать так, что могут быть использованы один или несколько слоев катализатора с одним проходом жидкости, при условии что слои находятся в последовательности и в жидкостном сообщении, так что для текущего слоя эффлюент предыдущего слоя приводят в контакт с катализатором в текущем слое. Таким образом, здесь рассматриваются два или более слоев катализатора с одним проходом жидкости, расположенные в реакторе с орошаемым слоем. В процессе отсутствует рециркуляция жидкой составляющей эффлюента со слоя на предыдущий (расположенный выше по схеме процесса) слой в процессе.

Если трехфазная зона гидрообработки содержит более чем один слой катализатора с одним проходом жидкости, слои могут быть расположены в одном колонном реакторе, если слои являются несовпадающими и раздельными. Альтернативно, могут использоваться несколько реакторов с орошаемым слоем, имеющих один или несколько слоев катализатора с одним проходом в каждом отдельном реакторе.

В условии что если трехфазная зона гидрообработки содержит более одного слоя катализатора с одним проходом жидкости, слои расположены в последовательности, подобно слоям в первой двухфазной зоне гидрообработки. В реакторе с орошаемым слоем присутствует по меньшей мере первый слой катализатора с одним проходом жидкости и конечный слой катализатора с одним проходом жидкости. Этот первый слой катализатора с одним проходом жидкости не имеет предыдущего (расположенного выше по схеме процесса) слоя катализатора с одним проходом жидкости, и конечный слой катализатора с одним проходом жидкости не имеет последующего (расположенного ниже по схеме процесса) слоя катализатора с одним проходом жидкости, при этом каждый из слоев расположен в реакторе с орошаемым слоем. Эффлюент продукта орошаемого слоя является эффлюентом с конечного слоя катализатора с одним проходом жидкости в трехфазной зоне гидрообработки.

Во втором варианте осуществления слой катализатора с одним проходом жидкости расположен в заполненном жидкостью реакторе во второй двухфазной зоне гидрообработки после первой двухфазной зоны гидрообработки и перед трехфазной зоной гидрообработки. Предпочтительно объем катализатора в слое катализатора с одним проходом жидкости в заполненном жидкостью реакторе во второй двухфазной зоне гидрообработки меньше объема катализатора в конечном слое катализатора предыдущей двухфазной зоны гидрообработки.

В этом втором варианте осуществления способ дополнительно включает приведение в контакт водородсодержащего газа и эффлюента продукта со слоя катализатора с одним проходом жидкости, расположенного в заполненном жидкостью реакторе, с катализатором в слое катализатора с одним проходом жидкости, расположенным в реакторе с орошаемым слоем в трехфазной зоне гидрообработки, для получения эффлюента продукта орошаемого слоя, при этом по меньшей мере часть водородсодержащего газа является потоком циркуляционного газа, богатого водородом, и при этом водородсодержащий газ добавляют в количестве, достаточном для поддержания непрерывной газообразной фазы в реакторе с орошаемым слоем. Этот последний этап выполняют, как изложено выше в отношении первого варианта осуществления.

Предпочтительно как в первом, так и во втором варианте осуществления, как описано выше, остальную часть текущего эффлюента продукта с конечного слоя катализатора двухфазной зоны гидрообработки смешивают с водородсодержащим газом перед приведением в контакт с катализатором в слое катализатора с одним проходом жидкости для получения жидкого сырья или комбинированного сырья жидкость/газ в зависимости от того, слой катализатора расположен в заполненном жидкостью реакторе или слой катализатора расположен в реакторе с орошаемым слоем соответственно. После этого этапа смешивания результирующее комбинированное сырье направляют на слой катализатора с одним проходом жидкости для получения эффлюента продукта.

Каждый реактор зон гидрообработки представляет собой реактор с неподвижным слоем и может иметь трубчатую конструкцию, содержащую насадку из твердого катализатора (т.е. реактор со слоем насадки).

Водород подают отдельно в двухфазную и трехфазную зоны гидрообработки. Общее количество водорода, подаваемое в двухфазную зону гидрообработки, составляет от приблизительно 17,81 л/л (100 ст.куб.фт./барр.н.) до приблизительно 445,25 л/л (2500 ст.куб.фт./барр.н.), и общее количество водорода, подаваемого в трехфазную зону гидрообработки, составляет от приблизительно 89,05 л/л (500 ст.куб.фт./барр.н.) до приблизительно 890,5 л/л (5000 ст.куб.фт./барр.н.).

Любой слой катализатора в первой двухфазной зоне гидрообработки, второй двухфазной зоне гидрообработки или трехфазной зоне гидрообработки может иметь зону распределения, расположенную выше и прикрепленную к каждому слою катализатора. Сырье (жидкость или комбинированное жидкость/газ) могут вводить в зону распределения выше слоя катализатора, перед приведением в контакт жидкого сырья с катализатором. Эффлюент продукта с предыдущего слоя катализатора могут вводить в зону распределения выше текущего слоя катализатора.

В двухфазных зонах гидрообработки зона распределения может способствовать растворению добавляемого газообразного водорода между слоями катализаторов в эффлюенте продукта с предыдущего слоя катализатора. Дополнительно зона распределения может способствовать распределению жидкого сырья или жидкости эффлюент продукта/водород по слою катализатора.

В трехфазной зоне гидрообработки зона распределения, расположенная выше и прикрепленная к каждому слою катализатора, может способствовать распределению жидкости и газа, подаваемого на слой, по катализатору.

Зона распределения может быть столь же простой, как распределение инертного материала над слоем, такого как стеклянные гранулы, как показано в примерах.

Поток жидкости через первую или вторую двухфазную зону гидрообработки может быть в режиме нисходящего потока. Альтернативно, поток жидкости через первую или вторую двухфазную зону гидрообработки может быть в режиме восходящего потока.

Поток как газа, так и жидкости через трехфазную зону гидрообработки может быть в режиме нисходящего потока. Альтернативно, поток как газа, так и жидкости через трехфазную зону гидрообработки может быть в режиме восходящего потока. В другом альтернативном варианте поток газа может быть направлен встречно потоку жидкости через трехфазную зону гидрообработки. В последнем альтернативном варианте поток газа может быть восходящим или нисходящим, предпочтительно восходящим.

На этапе (g) способа согласно этому изобретению эффлюент продукта орошаемого слоя с конечного слоя катализатора с одним проходом жидкости трехфазной зоны гидрообработки направляют в сепаратор для получения потока циркуляционного газа, богатого водородом, и жидкого продукта. Жидкий продукт здесь называют итоговым жидким продуктом (TLP). Жидкий продукт может подходить для ряда применений, в том числе в качестве компонента чистых топлив, имеющих низкое содержание серы и азота, а также высокое цетановое число.

Способ согласно этому изобретению выполняют при повышенных температурах и давлениях. Каждый слой катализатора двухфазных зон гидрообработки имеет температуру от приблизительно 200°C до приблизительно 450°C, предпочтительно от приблизительно 250°C до приблизительно 400°C, более предпочтительно от приблизительно 340°C до приблизительно 390°C, и скорость подачи углеводородов для обеспечения часовой объемной скорости жидкости от приблизительно 0,1 до приблизительно 10 ч^-1, предпочтительно приблизительно 0,4 до приблизительно 8,0 ч^-1, более предпочтительно приблизительно 0,4 до приблизительно 6,0 ч^-1. Каждый слой катализатора двухфазных зон гидрообработки имеет давление от приблизительно 3,45 МПа (34,5 бар) до приблизительно 17,3 МПа (173 бар).

Каждый слой катализатора трехфазной зоны гидрообработки имеет температуру от приблизительно 200°C до приблизительно 450°C, предпочтительно от приблизительно 250°C до приблизительно 400°C, более предпочтительно от приблизительно 340°C до приблизительно 390°C. Каждый слой катализатора трехфазной зоны гидрообработки имеет давление от приблизительно 2,1 МПа (21 бар) до приблизительно 17,3 МПа (173 бар).

Предпочтительно двухфазные зоны гидрообработки работают при таком же или немного большем давлении, чем давление трехфазной зоны гидрообработки. Небольшая разность давлений между двухфазными и трехфазными зонами гидрообработки, с более высоким давлением в двухфазных зонах, является полезной по некоторым причинам, например для того, чтобы согласовать перепад давления через двухфазные зоны.

Каждый слой катализатора согласно этому изобретению содержит катализатор, который является катализатором гидроочистки или катализатором гидрокрекинга. Под “гидроочисткой” здесь следует понимать способ, в котором углеводородное сырье вступает в реакцию с водородом для удаления гетероатомов, таких как сера, азот, кислород, металлы и их комбинации, или для гидрогенизации олефинов и/или ароматических соединений в присутствии катализатора гидроочистки. Под “гидрокрекингом” здесь следует понимать способ, в котором углеводородное сырье вступает в реакцию с водородом для разрушения углерод-углеродных связей для образования углеводородов с более низкой средней точкой кипения и более низким средним молекулярным весом, чем начальная средняя точка кипения и средний молекулярный вес, в присутствии катализатора гидрокрекинга.

В одном варианте осуществления по меньшей мере один катализатор двухфазной зоны гидрообработки является катализатором гидроочистки. В другом варианте осуществления по меньшей мере один катализатор двухфазной зоны гидрообработки является катализатором гидрокрекинга.

В одном варианте осуществления по меньшей мере один катализатор трехфазной зоны гидрообработки является катализатором гидроочистки. В другом варианте осуществления по меньшей мере один катализатор трехфазной зоны гидрообработки является катализатором гидрокрекинга.

Катализатор гидроочистки содержит металлическую и оксидную подложку. Металл представляет собой неблагородный металл, выбр