BRPI0405793B1 - process for treating a naphtha stream - Google Patents
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Abstract
PROCESSO PARA O TRATAMENTO DE UMA CORRENTE DE NAFTA". É apresentado um processo para a dessulfurização de uma corrente de nafta com faixa de ponto de ebulição completa, no qual uma nafta com faixa de ponto de ebulição total é simultaneamente dividida em um reator de coluna de destilação catalítica, em uma nafta leve e uma nafta pesada, e a nafta leve é tioeterificada. Somente a nafta pesada é tratada para remover os venenos dos compostos orgânicos de nitrogênio do catalisador e então é hidrodessulfurizada. Ambas as correntes de nafta leve poderão ser submetidas a uma hidrodessulfurização final no reator de polimento.PROCESS FOR THE TREATMENT OF A NAFTA CHAIN ". A process is presented for the desulfurization of a naphtha current with full boiling range, in which a naphtha with full boiling range is simultaneously divided into a column reactor of catalytic distillation, in a light naphtha and a heavy naphtha, and the light naphtha is thioeterified, only the heavy naphtha is treated to remove poisons from the organic nitrogen compounds of the catalyst and then it is hydrodesulfurized. subjected to a final hydrodesulfurization in the polishing reactor.
Description
[0001] Este pedido reivindica prioridade para o pedido provisório anterior americano, número de série 60/454.259, depositado em 13/03/2003.[0001] This order claims priority for the previous American provisional order,
[0002] A invenção atual refere-se à hidrodessulfurização de uma nafta de faixa de ponto de ebulição total, que contém compostos orgânicos e de nitrogênio. Mais especialmente, a invenção refere-se a uma melhoria no processo para o tratamento de uma nafta fluida craqueada, para remover compostos orgânicos de enxofre, através de hidrodessulfurização. Mais especialmente, a invenção refere-se a reações de coluna de destilação catalítica e à restrição de compostos orgânicos de nitrogênio do contato com o catalisador de hidrotratamento.[0002] The current invention relates to the hydrodesulfurization of a total boiling point naphtha, which contains organic and nitrogen compounds. More particularly, the invention relates to an improvement in the process for treating cracked fluid naphtha, to remove organic sulfur compounds, through hydrodesulfurization. More particularly, the invention relates to catalytic distillation column reactions and the restriction of organic nitrogen compounds from contact with the hydrotreating catalyst.
[0003] As correntes de destilado de petróleo contêm uma variedade de componentes químicos orgânicos. Geralmente, as correntes são definidas pelas suas faixas de ponto de ebulição, que determinam as suas composições. O processamento das correntes também afeta a composição. Por exemplo, produtos de processos de craqueamento catalítico ou de craqueamento térmico, contêm concentrações elevadas de materiais olefínicos, assim como de materiais saturados (alcanos) e materiais poliinsaturados (diolefinas). Adicionalmente, estes componentes poderão ser quaisquer dos vários isômeros dos compostos.[0003] Petroleum distillate streams contain a variety of organic chemical components. Currents are generally defined by their boiling point ranges, which determine their compositions. The processing of the currents also affects the composition. For example, products from catalytic cracking or thermal cracking processes contain high concentrations of olefinic materials, as well as saturated materials (alkanes) and polyunsaturated materials (diolefins). In addition, these components may be any of the various isomers of the compounds.
[0004] A composição de nafta não tratada, conforme ela é originada do destilador de cru, ou a nafta de destilação direta, é principalmente influenciada pela fonte de cru. As naftas de fontes de cru parafínico têm mais compostos saturados de cadeia linear ou cíclicos. Como regra geral, a maior parte dos crus e naftas "doces" (baixo teor de enxofre) são parafínicos. Os crus naftênicos contêm mais insaturados e compostos cíclicos e policíclicos. Os crus com alto teor de enxofre tendem a ser naftênicos. O tratamento das diferentes naftas de destilação direta poderão ser ligeiramente diferentes, dependendo das suas composições, devido à fonte de cru.[0004] The composition of untreated naphtha, as it originates from the raw distiller, or the direct distillation naphtha, is mainly influenced by the raw source. Naphtha from paraffinic crude sources has more saturated straight-chain or cyclic compounds. As a general rule, most "sweet" crude and naphtha (low sulfur) are paraffinic. Naphthenic crudes contain more unsaturated and cyclic and polycyclic compounds. High-sulfur raw products tend to be naphthenic. The treatment of the different naphthas of direct distillation may be slightly different, depending on their compositions, due to the source of crude.
[0005] A nafta reformada ou reformado, geralmente não requer tratamento adicional, exceto talvez uma destilação ou extração por solvente, para a remoção de produtos aromáticos valiosos. As naftas reformadas não contêm essencialmente nenhum contaminante de enxofre, devido à severidade do seu pré-tratamento para o processo e ao próprio processo.[0005] Reformed or reformed naphtha generally does not require additional treatment, except perhaps distillation or solvent extraction, to remove valuable aromatic products. Reformed naphthas essentially contain no sulfur contaminants, due to the severity of their pretreatment for the process and the process itself.
[0006] A nafta craqueada, como ela sai do craqueador catalítico, tem um número de octanos relativamente elevado, como resultado dos compostos olefínicos e aromáticos contidos na mesma. Em alguns casos, esta fração poderá contribuir, tanto quanto metade da gasolina na mistura feita na refinaria, juntamente com uma porção significativa de octanos.[0006] Cracked naphtha, as it leaves the catalytic cracker, has a relatively high octane number, as a result of the olefinic and aromatic compounds contained therein. In some cases, this fraction may contribute as much as half of the gasoline in the mixture made at the refinery, along with a significant portion of octanes.
[0007] Um material de faixa de ponto de ebulição da gasolina de nafta craqueada cataliticamente, forma atualmente uma parte significativa (= 1/3) da mistura do produto da gasolina nos EUA, e ela fornece a maior porção de enxofre. As impurezas de enxofre poderão requerer remoção, usualmente através de hidrotratamento, para atender às especificações do produto ou para assegurar o cumprimento dos regulamentos do meio ambiente.[0007] A boiling point material from catalytically cracked naphtha gasoline currently forms a significant part (= 1/3) of the gasoline product mixture in the USA, and it provides the largest portion of sulfur. Sulfur impurities may require removal, usually through hydrotreating, to meet product specifications or to ensure compliance with environmental regulations.
[0008] O método mais comum de remoção de compostos de enxofre é através de hidrodessulfurização (HDS), na qual o destilado de petróleo é passado sobre um catalisador de particulados sólidos, compreendendo um metal de hidrogenação suportado em uma base de alumina. Adicionalmente, grandes quantidades de hidrogênio são incluídas na alimentação. As equações seguintes ilustram as reações em uma unidade HDS típica: (1) RSH + H2 ^ RH + H2S (2) RCl + H2 ^ RH + HCl (3) 2RN + 4H2 ^ 2RH + 2NH3 (4) ROOH + 2H2 ^ RH + 2H2O[0008] The most common method of removing sulfur compounds is through hydrodesulfurization (HDS), in which the petroleum distillate is passed over a solid particle catalyst, comprising a hydrogenation metal supported on an alumina base. In addition, large amounts of hydrogen are included in the diet. The following equations illustrate the reactions in a typical HDS unit: (1) RSH + H2 ^ RH + H2S (2) RCl + H2 ^ RH + HCl (3) 2RN + 4H2 ^ 2RH + 2NH3 (4) ROOH + 2H2 ^ RH + 2H2O
[0009] As condições típicas de operação para as reações HDS são: Temperatura,°F 600 - 780 (316 - 416°C) Pressão, psig 600 - 3000 (4,14 - 20,7 MPa) Vazão de reciclo de H2, SCF/bbl 1500-3000 (42,5-84,9 Nm3/bbl) Reposição de H2 adicional, SCF/bbl 700 - 1000 (19,8 - 28,3 Nm3/bbl)[0009] Typical operating conditions for HDS reactions are: Temperature, 600 - 780 ° F (316 - 416 ° C) Pressure, 600 - 3000 psig (4.14 - 20.7 MPa) H2 recycle flow, SCF / bbl 1500-3000 (42.5-84.9 Nm3 / bbl) Additional H2 replacement, SCF / bbl 700 - 1000 (19.8 - 28.3 Nm3 / bbl)
[00010] A reação de compostos orgânicos de enxofre com hidrogênio em uma corrente de refinaria, sobre um catalisador, para formar H2S, é tipicamente chamada de hidrodessulfurização. O hidrotratamento é um termo amplo que inclui a saturação de olefinas e aromáticos e a reação de compostos orgânicos de nitrogênio, para formar amônia. No entanto, a hidrodessulfurização é incluída e algumas vezes é simplesmente referida como hidrotratamento. Depois que o hidrotratamento é finalizado, o produto poderá ser fracionado ou simplesmente expandido para liberar o sulfeto de hidrogênio e recolher a nafta, agora dessulfurizada.[00010] The reaction of organic sulfur compounds with hydrogen in a refinery stream, over a catalyst, to form H2S, is typically called hydrodesulfurization. Hydrotreatment is a broad term that includes the saturation of olefins and aromatics and the reaction of organic nitrogen compounds to form ammonia. However, hydrodesulfurization is included and is sometimes simply referred to as hydrotreatment. After the hydrotreatment is finished, the product can be fractionated or simply expanded to release the hydrogen sulfide and collect the naphtha, now desulfurized.
[00011] Os compostos de enxofre predominantes leves ou de ponto de ebulição menor são mercaptanos, enquanto que os compostos mais pesados ou de ponto de ebulição mais elevado são tiofenos e outros compostos heterocíclicos. A separação através somente do fracionamento, não removerá os mercaptanos. No entanto, no passado os mercaptanos eram freqüentemente removidos por processos oxidativos envolvendo a lavagem com cáusticos. Uma remoção oxidativa combinada dos mercaptanos, seguido por fracionamento e hidrotratamento da fração mais pesada, é apresentada na patente U.S. 5.320.742. Na remoção oxidativa dos mercaptanos, os mercaptanos são convertidos nos dissulfetos correspondentes.[00011] The predominant light sulfur or lower boiling compounds are mercaptans, while the heavier or higher boiling compounds are thiophenes and other heterocyclic compounds. Separation through fractionation alone will not remove mercaptans. However, in the past mercaptans were often removed by oxidative processes involving washing with caustics. A combined oxidative removal of mercaptans, followed by fractionation and hydrotreating of the heavier fraction, is disclosed in U.S. patent 5,320,742. In the oxidative removal of mercaptans, mercaptans are converted to the corresponding disulfides.
[00012] Além do tratamento da porção mais leve da nafta para remover os mercaptanos, a fração mais leve tradicionalmente tem sido utilizada como alimentação para uma unidade de reforma catalítica, para aumentar o número de octanos, se necessário. A fração mais leve também poderá ser submetida a uma separação adicional para remover as olefinas C5 valiosas (amilenos), que são úteis na preparação de éteres.[00012] In addition to treating the lighter portion of naphtha to remove mercaptans, the lighter fraction has traditionally been used as feed for a catalytic reform unit, to increase the number of octanes, if necessary. The lighter fraction can also be subjected to additional separation to remove the valuable C5 olefins (amylenes), which are useful in the preparation of ethers.
[00013] Mais recentemente, foi liberada uma nova tecnologia para o tratamento e o fracionamento simultâneo de produtos de petróleo, incluindo nafta, especialmente nafta fluida craqueada cataliticamente (nafta FCC). Ver, por exemplo, as patentes U.S. 5.510.568; 5.597.476; 5.779.883; 5.807.477 e 6.083.378.[00013] More recently, a new technology has been released for the treatment and simultaneous fractionation of petroleum products, including naphtha, especially catalytic cracked fluid naphtha (FCC naphtha). See, for example, U.S. patents 5,510,568; 5,597,476; 5,779,883; 5,807,477 and 6,083,378.
[00014] Há muito tempo se sabe que os compostos orgânicos de nitrogênio inibem a reação de hidrodessulfurização e até um certo ponto, a reação de hidrogenação. Ver, por exemplo, "Poisoning of Thiophene Hydrodessulfurization by Nitrogen Compounds", por Vito LaVopa e Charles N. Satterfield, publicada no “Journal of Catalysis”, volume 110 (1988), nas páginas 375 - 387. Além disso, tem sido estudado o efeito da água e da amônia nos catalisadores de hidrotratamento. Ver "Influence of Water and Ammonia on Hydrotreating Catalysts and Activity for Tetralin Hydrogenation", publicado em "Catalysis Today", vol. 29 (1996), nas páginas 229 - 233.[00014] Organic nitrogen compounds have long been known to inhibit the hydrodesulfurization reaction and to a certain extent, the hydrogenation reaction. See, for example, "Poisoning of Thiophene Hydrodessulfurization by Nitrogen Compounds", by Vito LaVopa and Charles N. Satterfield, published in the "Journal of Catalysis", volume 110 (1988), on pages 375 - 387. In addition, it has been studied the effect of water and ammonia on hydrotreating catalysts. See "Influence of Water and Ammonia on Hydrotreating Catalysts and Activity for Tetralin Hydrogenation", published in "Catalysis Today", vol. 29 (1996), on pages 229 - 233.
[00015] Uma vantagem da invenção atual é que o contato dos compostos orgânicos de nitrogênio da alimentação total de nafta não fazem contato com os catalisadores utilizados no hidrotratamento. Uma vantagem especial é que a reação de destilação catalítica permite a separação da alimentação, em uma porção mais leve para o hidrotratamento e a concentração dos compostos orgânicos de nitrogênio em uma porção mais pesada da alimentação, compreendendo menos do que a alimentação inteira, dessa forma permitindo que um volume menor da alimentação, que constitui o produto de gasolina, tenha que contatar o adsorvente do composto orgânico de nitrogênio. Uma característica da invenção atual é que tanto o catalisador de hidrodessulfurização como o catalisador de tioeterificação são protegidos do contato com os compostos orgânicos de nitrogênio. Estas e outras vantagens e características ficarão óbvias, com base nas descrições que se seguem.[00015] An advantage of the current invention is that the contact of the organic nitrogen compounds of the total naphtha feed does not make contact with the catalysts used in the hydrotreatment. A special advantage is that the catalytic distillation reaction allows the separation of the feed, in a lighter portion for hydrotreating and the concentration of organic nitrogen compounds in a heavier portion of the feed, thus comprising less than the entire feed, thus allowing a smaller volume of the food, which constitutes the gasoline product, to have to contact the adsorbent of the organic nitrogen compound. A feature of the current invention is that both the hydrodesulfurization catalyst and the thioeterification catalyst are protected from contact with organic nitrogen compounds. These and other advantages and features will be obvious, based on the descriptions that follow.
[00016] Brevemente, a invenção compreende o tratamento de uma nafta de faixa de ponto de ebulição total (ponto de ebulição na faixa de C5 até cerca de 420°F (215°C)) sob condições de destilação catalítica, para remover os compostos orgânicos de enxofre nos quais os mercaptanos são removidos através de tioeterificação, enquanto que a nafta é dividida simultaneamente em uma fração leve com ponto de ebulição na faixa de C5 até 160°F (71°C), a qual é retirada como produto de topo, e uma fração pesada, com ponto de ebulição na faixa de 160 - 420°F (71 - 215°C), a qual é retirada como produto de fundo. O catalisador de tioeterificação é localizado na porção superior da coluna para onde a fração de nafta leve migra e onde os mercaptanos e olefinas, de preferência as diolefinas, são reagidas para formar produtos de sulfeto mais pesados, os quais caem no produto de fundo, composto da fração de nafta pesada. Os produtos de fundo são tratados para a remoção de compostos orgânicos de nitrogênio, de preferência passando os mesmos através de uma unidade adsorvedora, onde a maior parte dos compostos orgânicos de nitrogênio são adsorvidos da corrente. O efluente da unidade de remoção de nitrogênio orgânico é então alimentado juntamente com hidrogênio para um segundo reator de coluna de destilação contendo um catalisador de hidrodessulfurização, onde a maior parte dos compostos orgânicos de enxofre são convertidos em sulfeto de hidrogênio. Se desejado, o efluente do produto de fundo do segundo reator de coluna de destilação e/ou o produto de extração lateral de nafta na faixa média de temperatura do primeiro reator de coluna de destilação, depois da remoção de sulfeto de hidrogênio, poderá ser alimentado para um reator de polimento, para obter-se o nível desejado de dessulfurização.[00016] Briefly, the invention comprises the treatment of a total boiling point naphtha (boiling point in the range of C5 to about 420 ° F (215 ° C)) under catalytic distillation conditions, to remove the compounds organic sulfur in which mercaptans are removed through thioeterification, while naphtha is simultaneously divided into a light fraction with a boiling point in the range of C5 to 160 ° F (71 ° C), which is removed as a top product , and a heavy fraction, with a boiling point in the range of 160 - 420 ° F (71 - 215 ° C), which is removed as a bottom product. The thioeterification catalyst is located in the upper portion of the column where the light naphtha fraction migrates and where mercaptans and olefins, preferably diolefins, are reacted to form heavier sulfide products, which fall into the bottom product, compound of the heavy naphtha fraction. The bottom products are treated to remove organic nitrogen compounds, preferably by passing them through an adsorber unit, where most of the organic nitrogen compounds are adsorbed from the stream. The effluent from the organic nitrogen removal unit is then fed together with hydrogen to a second distillation column reactor containing a hydrodesulfurization catalyst, where most of the organic sulfur compounds are converted to hydrogen sulfide. If desired, the effluent from the bottom product of the second distillation column reactor and / or the side naphtha extraction product in the middle temperature range of the first distillation column reactor, after removal of hydrogen sulfide, can be fed to a polishing reactor, to obtain the desired level of desulfurization.
[00017] A remoção dos compostos orgânicos de nitrogênio da alimentação para o reator de hidrodessulfurização beneficia o processo de três formas: 1. É possível uma atividade catalítica da ordem de 20 - 50% maior; 2. A seletividade do sistema será melhorada, permitindo uma conversão de olefinas menores para qualquer nível dado de dessulfurização; e 3. A vida do catalisador será melhorada.[00017] The removal of organic nitrogen compounds from the feed to the hydrodesulfurization reactor benefits the process in three ways: 1. A catalytic activity of the order of 20 - 50% greater is possible; 2. The selectivity of the system will be improved, allowing a conversion of smaller olefins to any given level of desulfurization; and 3. The life of the catalyst will be improved.
[00018] Conforme utilizado aqui, o termo meios de "reator de coluna de destilação"significa uma coluna de destilação que também contém catalisador, de tal forma que a reação e a destilação acontecem simultaneamente na coluna. Em uma realização preferida, o catalisador é preparado como uma estrutura de destilação, e serve tanto como catalisador como estrutura de destilação. O termo "destilação reativa"é utilizado para descrever a reação e o fracionamento simultâneo em uma coluna. Para fins da invenção atual, o termo "destilação catalítica"inclui a destilação reativa e qualquer outro processo de reação simultâneo de destilação fracionada em uma coluna, independentemente da nomenclatura aplicada à mesma.[00018] As used herein, the term "distillation column reactor" means a distillation column that also contains catalyst, such that the reaction and distillation take place simultaneously in the column. In a preferred embodiment, the catalyst is prepared as a distillation structure, and serves as both a catalyst and a distillation structure. The term "reactive distillation" is used to describe the reaction and simultaneous fractionation in a column. For purposes of the present invention, the term "catalytic distillation" includes reactive distillation and any other simultaneous reaction process of fractional distillation in a column, regardless of the nomenclature applied to it.
[00019] A FIGURA é um fluxograma em forma esquemática da realização preferida da invenção.[00019] The FIGURE is a flowchart in schematic form of the preferred embodiment of the invention.
[00020] O benefício de se utilizar um modo de destilação catalítica em conjunto com a adsorção de nitrogênio, é que a corrente é separada e os compostos orgânicos de nitrogênio que são característicos da nafta tendem grandemente a se enquadrarem na faixa de ponto de ebulição da nafta pesada. A fração leve de nafta, que é substancialmente livre dos compostos orgânicos de nitrogênio, não é enviada através da adsorção, dessa forma reduzindo a carga da instalação de adsorção, o que reduz o custo da instalação e da operação. Os compostos contendo nitrogênio encontrados em naftas craqueadas de faixa de ponto de ebulição total, poderão incluir nitrilas, carbazóis, benzocarbazóis, indóis, piridinas, quinolinas, acridinas e tetraidroquinolinas e são caracterizadas como compostos polares de ocorrência natural.[00020] The benefit of using a catalytic distillation mode in conjunction with nitrogen adsorption, is that the stream is separated and the organic nitrogen compounds that are characteristic of naphtha tend to fall well within the boiling point range of heavy naphtha. The light fraction of naphtha, which is substantially free of organic nitrogen compounds, is not sent through adsorption, thereby reducing the load on the adsorption plant, which reduces the cost of installation and operation. The nitrogen-containing compounds found in cracked naphthas of full boiling range, may include nitriles, carbazoles, benzocarbazoles, indoles, pyridines, quinolines, acridines and tetrahydroquinolines and are characterized as naturally occurring polar compounds.
[00021] A nafta craqueada é a alimentação preferida para o processo da invenção atual, por que ela tem as olefinas leves desejadas e os compostos indesejáveis de nitrogênio e enxofre. Uma nafta craqueada, fluida, típica, tem ponto de ebulição na faixa de C5 a cerca de 420°F (215°C) e contém tipicamente mercaptanos e os compostos tiofênicos mais leves. A porção de ponto de ebulição menor (C5 até cerca de 160°F (71°C)) da nafta, que contém a maior parte das olefinas valiosas, não é portanto submetida ao catalisador de hidrodessulfurização, mas a um tratamento menos severo, onde os mercaptanos contidos na mesma são reagidos com as diolefinas contidas nos mesmos para formar sulfetos (tioeterificação), os quais têm ponto de ebulição maior e podem ser removidos com a nafta mais pesada. Tipicamente, a reação é executada sobre um catalisador de níquel ou paládio, na presença de hidrogênio, em um separador de nafta, onde uma fração leve é retirada no topo e uma fração pesada é retirada no fundo. Vantajosamente, os sulfetos são removidos com os produtos de fundo e eventualmente são submetidos à hidrodessulfurização.[00021] Cracked naphtha is the preferred food for the process of the current invention, because it has the desired light olefins and undesirable nitrogen and sulfur compounds. A typical cracked, fluid naphtha has a boiling point in the C5 range at about 420 ° F (215 ° C) and typically contains mercaptans and the lightest thiophenic compounds. The lower boiling point portion (C5 to about 160 ° F (71 ° C)) of naphtha, which contains most of the valuable olefins, is therefore not subjected to the hydrodesulfurization catalyst, but to a less severe treatment, where the mercaptans contained therein are reacted with the diolefins contained therein to form sulfides (thioeterification), which have a higher boiling point and can be removed with heavier naphtha. Typically, the reaction is performed on a nickel or palladium catalyst, in the presence of hydrogen, in a naphtha separator, where a light fraction is removed at the top and a heavy fraction is removed at the bottom. Advantageously, the sulfides are removed with the bottom products and are eventually subjected to hydrodesulfurization.
[00022] Um catalisador adequado para a reação das diolefinas com os mercaptanos é o de 0,4% em peso de Pd em esferas de Al2O3 (alumina) de malha 7 a 14, fornecida pela Sud-Chemie, denominada de G-68C. Propriedades físicas e químicas típicas do catalisador, conforme fornecido pelo fabricante, são como se segue: Tabela 1 [00022] A suitable catalyst for the reaction of diolefins with mercaptans is 0.4% by weight of Pd in Al2O3 (alumina) spheres of mesh 7 to 14, supplied by Sud-Chemie, called G-68C. Typical physical and chemical properties of the catalyst, as supplied by the manufacturer, are as follows: Table 1
[00023] Outro catalisador útil para a reação entre mercaptanos- diolefinas é aquele com 58% em peso de Ni em esferas de alumina de malha 8 a 14, fornecido pela Calcicat, denominado de E-475-SR.[00023] Another useful catalyst for the reaction between mercaptans-diolefins is that with 58% by weight of Ni in alumina spheres of mesh 8 to 14, supplied by Calcicat, called E-475-SR.
[00024] As propriedades físicas e químicas típicas do catalisador, conforme fornecido pelo fabricante, são como se segue: TABELA II [00024] The typical physical and chemical properties of the catalyst, as supplied by the manufacturer, are as follows: TABLE II
[00025] A vazão de hidrogênio para o reator deve ser suficiente para manter a reação, mas ser mantida abaixo daquela que causaria a inundação da coluna, o que é entendido como sendo "a quantidade efetiva de hidrogênio", conforme aquele termo é utilizado aqui. A relação molar de hidrogênio para diolefinas e acetilenos na alimentação é pelo menos 1,0 para 1,0 e de preferência é de 2,0 para 1,0.[00025] The flow of hydrogen to the reactor must be sufficient to maintain the reaction, but be kept below that which would cause the flooding of the column, which is understood to be "the effective amount of hydrogen", as that term is used here . The molar ratio of hydrogen to diolefins and acetylenes in the feed is at least 1.0 to 1.0 and is preferably 2.0 to 1.0.
[00026] A reação de compostos orgânicos de enxofre com hidrogênio em uma corrente de refinaria, sobre um catalisador, para formar H2S, é tipicamente chamada de hidrodessulfurização. O hidrotratamento é um termo amplo, que inclui a saturação de olefinas e aromáticos e a reação de compostos orgânicos de nitrogênio para formar amônia. No entanto, a hidrodessulfurização é incluída e algumas vezes é simplesmente referida como hidrotratamento.[00026] The reaction of organic sulfur compounds with hydrogen in a refinery stream, over a catalyst, to form H2S, is typically called hydrodesulfurization. Hydrotreatment is a broad term, which includes the saturation of olefins and aromatics and the reaction of organic nitrogen compounds to form ammonia. However, hydrodesulfurization is included and is sometimes simply referred to as hydrotreatment.
[00027] Catalisadores que são úteis para a reação de hidrodessulfurização incluem metais do grupo VIII, tais como cobalto, níquel, paládio, sozinhos ou em combinação com outros metais, tais como molibdênio ou tungstênio, em um suporte adequado, o qual poderá ser alumina, sílica-alumina, titânia-zircônia, ou semelhantes. Normalmente, os metais são fornecidos como óxidos dos metais suportados em extrusados ou esferas, e como tal não são geralmente úteis como estruturas de destilação.[00027] Catalysts that are useful for the hydrodesulfurization reaction include metals of group VIII, such as cobalt, nickel, palladium, alone or in combination with other metals, such as molybdenum or tungsten, on a suitable support, which may be alumina , silica-alumina, titania-zirconia, or the like. Metals are normally supplied as oxides of metals supported on extrudates or spheres, and as such are not generally useful as distillation structures.
[00028] Os catalisadores contêm componentes dos metais do grupo V, VIB, VIII da Tabela Periódica ou misturas dos mesmos. O uso do sistema de destilação reduz a desativação e viabiliza corridas mais longas do que as unidades de hidrogenação de leito fixo da arte anterior. Os metais do grupo VIII produzem uma atividade média geral aumentada. Os catalisadores contendo um metal do grupo VIB, tais como molibdênio e um do grupo VIII, como cobalto ou níquel, são os preferidos. Catalisadores adequados para a reação de hidrodessulfurização incluem cobalto-molibdênio, níquel- molibdênio e níquel-tungstênio. Os metais geralmente estão presentes como óxidos suportados em uma base neutra, como alumina, sílica-alumina ou semelhante. Os metais são reduzidos a sulfeto durante o uso ou antes do uso, através da exposição a correntes contendo compostos de enxofre. O catalisador poderá também catalisar a hidrogenação das olefinas e poliolefinas contidas dentro da nafta craqueada leve e, em um grau menor, a isomerização de algumas das monoolefinas. A hidrogenação, especialmente dasmonoolefinas, na fração mais leve, poderá não ser desejável.[00028] The catalysts contain components of the metals of the group V, VIB, VIII of the Periodic Table or mixtures thereof. The use of the distillation system reduces deactivation and enables longer runs than the fixed bed hydrogenation units of the prior art. Group VIII metals produce an increased overall average activity. Catalysts containing a metal of the VIB group, such as molybdenum and one of the group VIII, such as cobalt or nickel, are preferred. Suitable catalysts for the hydrodesulfurization reaction include cobalt-molybdenum, nickel-molybdenum and nickel-tungsten. Metals are usually present as oxides supported on a neutral base, such as alumina, silica-alumina or the like. Metals are reduced to sulfide during use or before use, through exposure to currents containing sulfur compounds. The catalyst may also catalyze the hydrogenation of the olefins and polyolefins contained within the light cracked naphtha and, to a lesser extent, the isomerization of some of the monoolefins. Hydrogenation, especially of monoolefins, in the lightest fraction, may not be desirable.
[00029] As propriedades de um catalisador típico dehidrodessulfurização são mostradas na tabela abaixo. Tabela 111 [00029] The properties of a typical hydrodesulfurization catalyst are shown in the table below. Table 111
[00030] Os catalisadores estão tipicamente na forma de extrusados, tendo um diâmetro de 1/8 polegadas (3,175 mm), 1/16 polegadas (1,563 mm) ou 1/32 polegadas (0,781 mm) e uma L/D de 1,5 a 10. O catalisador poderá também estar na forma de esferas tendo os mesmos diâmetros. Eles poderão ser carregados diretamente em reatores padrão de leito fixo de um só passe, que incluem suportes e estruturas de distribuição do reagente. No entanto, na sua forma regular, eles formam uma massa bastante compacta e portanto devem ser preparados na forma de uma estrutura de destilação catalítica. A estrutura de destilação catalítica deve ser capaz de funcionar como catalisador e como um meio de transferência de massa. O catalisador deve ser adequadamente suportado e espaçado dentro da coluna, para atuar como uma estrutura de destilação catalítica. Em uma realização preferida, o catalisador está dentro de uma estrutura de malha de arame tecido, conforme apresentado na patente U.S. 5.266.546, a qual é incorporada aqui como referência. Mais de preferência, o catalisador está dentro de uma grande quantidade de tubos de malha de arame, fechados em qualquer extremidade, e colocados ao longo de uma chapa de tecido de malha de arame, como um arame de retirada de névoa. A chapa e os tubos são então enrolados em um fardo para serem colocados dentro do reator de coluna de destilação. Esta realização é descrita na patente U.S. 5.431.890, que é incorporada aqui como referência. Outras estruturas catalíticas de destilação úteis para este fim, são apresentadas nas patentes U.S. 4.731.229, 5.073.236, 5.431.890 e 5.730.843, que são também incorporadas aqui como referência.[00030] Catalysts are typically in the form of extrudates, having a diameter of 1/8 inch (3.175 mm), 1/16 inch (1.563 mm) or 1/32 inch (0.781 mm) and an L / D of 1, 5 to 10. The catalyst may also be in the form of spheres having the same diameters. They can be loaded directly into standard, single-pass, fixed-bed reactors, which include supports and reagent distribution structures. However, in their regular form, they form a very compact mass and therefore must be prepared in the form of a catalytic distillation structure. The catalytic distillation structure must be able to function as a catalyst and as a mass transfer medium. The catalyst must be adequately supported and spaced within the column, to act as a catalytic distillation structure. In a preferred embodiment, the catalyst is within a woven wire mesh structure, as disclosed in U.S. Patent 5,266,546, which is incorporated herein by reference. Most preferably, the catalyst is contained in a large number of wire mesh tubes, closed at either end, and placed along a sheet of woven wire mesh, like a mist-removing wire. The plate and tubes are then wrapped in a bale to be placed inside the distillation column reactor. This realization is described in U.S. patent 5,431,890, which is incorporated herein by reference. Other catalytic distillation structures useful for this purpose are disclosed in U.S. Patents 4,731,229, 5,073,236, 5,431,890 and 5,730,843, which are also incorporated herein by reference.
[00031] As condições adequadas para a dessulfurização de nafta em um reator de coluna de destilação são muito diferentes daquelas de um reator padrão de leito gotejante, especialmente com relação à pressão total e à pressão parcial de hidrogênio. Condições típicas em uma zona de destilação e reação de um reator de coluna de destilação e hidrodessulfurização de nafta são: Temperatura 450 - 700°F (232 - 371°C) Pressão total 75 - 300 psig (0,52 - 2,1 MPa) Pressão parcial de H2 6 - 75 psia (0,42 - 5,25 bars) LHSV ou nafta em torno de 1 - 5 Vazão de H2 10 - 1000 SCFB (0,29 - 283 Nm3/bbl)[00031] The suitable conditions for the desulfurization of naphtha in a distillation column reactor are very different from those of a standard drip bed reactor, especially with regard to the total pressure and the partial pressure of hydrogen. Typical conditions in a distillation and reaction zone for a naphtha distillation and hydrodesulfurization reactor are: Temperature 450 - 700 ° F (232 - 371 ° C) Total pressure 75 - 300 psig (0.52 - 2.1 MPa ) Partial pressure of H2 6 - 75 psia (0.42 - 5.25 bars) LHSV or naphtha around 1 - 5 Flow of H2 10 - 1000 SCFB (0.29 - 283 Nm3 / bbl)
[00032] A operação do reator de coluna de destilação resulta em uma fase líquida e uma fase vapor, dentro da zona de reação e destilação. Uma porção considerável do vapor é hidrogênio, enquanto que uma porção da fração de petróleo é composta de hidrocarbonetos na fase vapor. A separação real poderá ser apenas uma consideração secundária.[00032] The operation of the distillation column reactor results in a liquid phase and a vapor phase, within the reaction and distillation zone. A considerable portion of the vapor is hydrogen, while a portion of the oil fraction is composed of hydrocarbons in the vapor phase. Actual separation may only be a secondary consideration.
[00033] Sem limitarmos o escopo da invenção, é proposto que o mecanismo que produz a eficácia do processo atual é a condensação de uma porção dos vapores no sistema de reação, que retém hidrogênio suficiente no líquido condensado para obter o contato íntimo requerido entre o hidrogênio e os compostos de enxofre na presença do catalisador, resultando na hidrogenação dos mesmos. Especialmente, as espécies de enxofre são concentradas no líquido, enquanto que as olefinas e o H2S se concentram no vapor, permitindo uma conversão maior dos compostos de enxofre, com uma baixa conversão das espécies de olefinas.[00033] Without limiting the scope of the invention, it is proposed that the mechanism that produces the effectiveness of the current process is the condensation of a portion of the vapors in the reaction system, which retains enough hydrogen in the condensed liquid to obtain the required intimate contact between the hydrogen and sulfur compounds in the presence of the catalyst, resulting in their hydrogenation. Especially, sulfur species are concentrated in the liquid, while olefins and H2S are concentrated in steam, allowing a greater conversion of sulfur compounds, with a low conversion of olefin species.
[00034] O resultado da operação do processo no reator de coluna de destilação é que poderão ser utilizadas pressões parciais de hidrogênio menores (e portanto pressões totais menores).[00034] The result of operating the process in the distillation column reactor is that lower partial pressures of hydrogen (and therefore lower total pressures) can be used.
[00035] Como em qualquer destilação, existe um gradiente de temperatura dentro do reator da coluna de destilação. A temperatura na extremidade inferior da coluna contém material de ponto de ebulição mais elevado e portanto está em uma temperatura maior do que a extremidade superior da coluna. A fração de ponto de ebulição menor, que contém os compostos de enxofre mais facilmente removíveis, é submetida a temperaturas menores no topo da coluna, porque fornece uma seletividade maior, isto é, menos hidrocraqueamento ou saturação dos compostos olefínicos desejáveis. A porção de ponto de ebulição maior é submetida a temperaturas maiores na extremidade inferior do reator de coluna de destilação, para abrir por craqueamento os compostos com anel contendo enxofre e para hidrogenar o enxofre.[00035] As with any distillation, there is a temperature gradient inside the distillation column reactor. The temperature at the bottom end of the column contains higher boiling point material and therefore is at a higher temperature than the top end of the column. The lower boiling point fraction, which contains the most easily removable sulfur compounds, is subjected to lower temperatures at the top of the column, because it provides greater selectivity, that is, less hydrocracking or saturation of the desirable olefinic compounds. The larger boiling point portion is subjected to higher temperatures at the lower end of the distillation column reactor, to crack the sulfur-containing ring compounds and to hydrogenate the sulfur.
[00036] Acredita-se que a reação atual da coluna de destilação é benéfica, primeiramente por causa da reação estar ocorrendo simultaneamente com a destilação, os produtos da reação inicial e outros componentes da corrente são removidos da zona da reação tão rapidamente quanto possível, reduzindo a possibilidade de reações secundárias. Em segundo lugar, como todos os componentes têm pontos de ebulição na temperatura da reação, que é controlada pelo ponto de ebulição da mistura na pressão do sistema. O calor da reação simplesmente cria mais ebulição, mas nenhum aumento de temperatura em uma determinada pressão. Como resultado, pode se adquirir uma grande quantidade de controle sobre a velocidade da reação e sobre a distribuição de produtos, controlando-se a pressão do sistema. Um outro benefício que esta reação poderá obter das reações da coluna de destilação é o efeito de lavagem, que o refluxo interno fornece para o catalisador, dessa forma reduzindo a geração e a coqueificação dos polímeros. Finalmente, o hidrogênio que escoa para cima, atua como um agente de estripagem para auxiliar a remover o H2S que é produzido na zona de reação e destilação.[00036] It is believed that the current reaction of the distillation column is beneficial, primarily because the reaction is occurring simultaneously with the distillation, the products of the initial reaction and other components of the stream are removed from the reaction zone as quickly as possible, reducing the possibility of side reactions. Second, as all components have boiling points at the reaction temperature, which is controlled by the boiling point of the mixture at the system pressure. The heat of the reaction simply creates more boiling, but no increase in temperature at a given pressure. As a result, a large amount of control over the reaction speed and the distribution of products can be acquired by controlling the system pressure. Another benefit that this reaction can obtain from the reactions of the distillation column is the washing effect, which the internal reflux provides to the catalyst, thus reducing the generation and coking of the polymers. Finally, the hydrogen that drains upwards acts as a gutting agent to help remove the H2S that is produced in the reaction and distillation zone.
[00037] A unidade de adsorção poderá ter dois leitos fixos com um leito adsorvendo, enquanto que o outro está dessorvendo. A unidade de adsorção poderá também ter um leito fluidizado, com retirada contínua e regeneração do adsorvente. Os adsorventes são caracterizados como materiais particulados sólidos capazes de adsorverem seletivamente os compostos orgânicos de nitrogênio. Exemplos de adsorventes disponíveis, incluem alumina ativada, argila ácida branca, terra de Füller, carvão ativo, zeólito, alumina hidratada, sílica gel e resinas de trocas de íons. O adsorvente poderá ser regenerado com um gás aquecido, como hidrogênio ou nitrogênio.[00037] The adsorption unit may have two fixed beds with one bed adsorbing, while the other is desorbing. The adsorption unit may also have a fluidized bed, with continuous removal and regeneration of the adsorbent. Adsorbents are characterized as solid particulate materials capable of selectively adsorbing organic nitrogen compounds. Examples of available adsorbents include activated alumina, white acid clay, Füller earth, active carbon, zeolite, hydrated alumina, silica gel and ion exchange resins. The adsorbent can be regenerated with a heated gas, such as hydrogen or nitrogen.
[00038] Com referência agora à FIGURA, é mostrado um fluxograma em forma esquemática de uma realização da invenção. A nafta é alimentada através da linha de fluxo 101 até o primeiro reator de coluna de destilação 10, contendo dois leitos 12 e 14 do catalisador de tioeterificação na extremidade superior ou seção de retificação abaixo dos leitos. O hidrogênio é alimentado através da linha de fluxo 101A, o necessário para manter o catalisador no estado de hidreto. Os mercaptanos e as diolefinas na nafta reagem nos leitos do catalisador para formar dissulfetos. Ao mesmo tempo, a nafta é dividida em uma fração de ponto de ebulição menor que entra em ebulição na faixa de C5 até cerca de 160°F (71°C), a qual é retirada como produto de topo através da linha de fluxo 103. Os produtos de topo tendo a maior parte dos mercaptanos removidos, têm um teor reduzido de enxofre. Uma porção do produto de topo é condensada e retorna para o reator de coluna de destilação como refluxo (não mostrado). Um corte na faixa de ponto de ebulição médio contendo predominantemente tiofeno como o constituinte de enxofre, é removido entre os leitos 12 e 14, através da linha de fluxo 104.[00038] Referring now to the FIGURE, a schematic flowchart of an embodiment of the invention is shown. Naphtha is fed through the
[00039] Os componentes mais leves são estripados da nafta na seção de estripagem do reator de coluna de destilação 10 que contém a estrutura padrão de destilação 16, tais como bandejas e peneiras moleculares, coberturas de bolha ou recheio estruturado. Os componentes mais leves assim estripados, são removidos com o produto de topo. A corrente de fundo, contendo compostos orgânicos de nitrogênio, os sulfetos de ponto de ebulição mais elevado e os compostos de tiofeno, são removidos através da linha de fluxo 102 e alimentados para uma unidade de adsorção 20, onde os compostos orgânicos de nitrogênio são removidos. O efluente da unidade de adsorção 20 na linha de fluxo 105 é alimentado para um segundo reator de coluna de destilação 30 contendo os leitos 32 e 34 do catalisador de hidrodessulfurização. O hidrogênio é alimentado abaixo dos leitos, através da linha de fluxo 105A. Os compostos orgânicos de enxofre no efluente são reagidos com hidrogênio para produzir sulfeto de hidrogênio. Ao mesmo tempo, o efluente é dividido em uma fração com ponto de ebulição menor, com ponto de ebulição na faixa de cerca de 160 - 350°F (71 - 177°C), que inclui o sulfeto de hidrogênio gasoso e qualquer hidrocarboneto mais leve que resulte do leve hidrocraqueamento da alimentação pelo catalisador. A fração de ponto de ebulição menor é removida como produto de topo, através da linha de fluxo 106, e o produto de fundo é removido através da linha de fluxo 107. Uma porção do produto de topo é condensada e retorna para o reator de coluna de destilação como refluxo, conforme o necessário (não mostrado). O produto de fundo e o produto de topo são combinados na linha de fluxo 108 e passam para o vaso de separação 40, como em uma coluna padrão de destilação, onde o sulfeto de hidrogênio é removido através da linha de fluxo 109. O líquido formado no vaso de separação 40 é removido através da linha de fluxo 110 e é combinado com um corte na faixa de ponto de ebulição médio na linha de fluxo 104 e é alimentado para o reator de polimento 50, que contém um leito 52 de catalisador de hidrodessulfurização, onde o teor de enxofre é reduzido até o nível desejado, como por exemplo, < 50 wppm. O hidrogênio é alimentado para o reator de polimento, conforme seja requerido, através da linha de fluxo 111A. Finalmente, o efluente do reator de polimento 50 é retirado através da linha de fluxo 112 para um segundo vaso de separação, onde o sulfeto de hidrogênio produzido no reator de polimento é removido através da linha de fluxo 113 e a nafta dessulfurizada é removida através da linha de fluxo 114 e combinada com o produto de topo na linha de fluxo 103 do reator de tioeterificação 10 na linha de fluxo 115.[00039] The lighter components are gutted from naphtha in the gutting section of the
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