BRPI0619922A2

BRPI0619922A2 - reator de fluxo ascendente

Info

Publication number: BRPI0619922A2
Application number: BRPI0619922-4A
Authority: BR
Inventors: Bruce Reynolds
Original assignee: Chevron Usa Inc
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2011-10-25
Also published as: EA200870065A1; KR20080077666A; CA2632818C; CA2632818A1; WO2007078619A3; JP2009520060A; CN101356001B; JP5341520B2; EA012639B1; EP1960096A4; WO2007078619A2; EP1960096A2; CN101356001A; KR101347003B1; NO20083077L; US20070140927A1

Abstract

REATOR DE FLUXO ASCENDENTE. A presente invenção refere-se a um reator utilizável no beneficiamento de óleos pesados misturados com uma composição de catalisador em uma suspensão. O reator de recirculação de líquido desta invenção emprega um regime de fluxo de bolhas dispersas, que requer uma relação líquido para gás elevada. Um regime de fluxo de bolhas dispersas resulta em padrões de fluxo mais uniformes, aumentando a quantidade de líquido que pode ser beneficiada em um reator único.

Description

"REATOR DE FLUXO ASCENDENTE" CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um reator utilizável no beneficiamento de óleos pesados misturados com uma composição de catalisador em uma suspensão. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Um reator de recirculação de líquido é altamente efetivo para o beneficiamento de óleos pesados. Os hidrocarbonetos pesados podem ser misturados com a composição de catalisador ativa em uma forma em suspensão.

O beneficiamento de óleos pesados convencional via hidroprocessamento usa grânulos de catalisador extrusados grandes relativamente ineficientes para suportar as reações. Foi reconhecido há muito tempo que se têm vantagens significantes em usar um catalisador em suspensão finamente dividido para o beneficiamento de óleo pesado via hidroprocessamento. Tentativas no passado para demonstrar o hidroprocessamento de óleo pesado em suspensão em uma escala grande se basearam em reatores de fluxo ascendente empregando tecnologia de coluna de bolhas. No entanto, estes reatores sofrem de dificuldade de manter o regime de fluxo de bolhas dispersas desejado necessário para uma utilização do volume do reator eficiente. Os problemas no passado com reatores de coluna de bolhas e dificuldades na manutenção do regime do fluxo de bolhas desejado têm impedido o desenvolvimento de beneficiamento de óleo pesado em suspensão via o hidroprocessamento.

Existem exemplos na técnica anterior de reatores de fluxo ascendente usados em hidroprocessamento de óleos pesados. Patente US 6 278 034 descreve um processo em que um reator contém um leito em suspensão, e a alimentação é adicionada no fundo do reator. Na presente invenção, uma mistura de suspensão e alimentação é adicionada no fundo do reator. Não se tem um leito em suspensão já presente no reator.

Patente US 6 454 932 e 6 726 832 descrevem o hidrocraqueamento de hidrocarbonetos pesados em reatores de fluxo ascendente contendo leitos de catalisador em suspensão de tipo "em ebulição" era série. A presente invenção, como notado acima, emprega uma suspensão e uma alimentação adicionadas no fundo do reator.

Patente US 4 684 456 descreve um reator de fluxo ascendente empregando um leito de catalisador expandido. A expansão do leito é automaticamente controlada pela mudança automática da taxa de velocidade de uma bomba de reciclo para o reator.

Patente US 6 660 157 descreve um processo para o hidrocraqueamento em suspensão empregando uma série de reatores de fluxo ascendente com separação interestágios. Os reatores não são reatores de recirculação de líquido, com os empregados na presente invenção.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um reator utilizável no beneficiamento de óleos pesados misturados com uma composição de catalisador em uma suspensão. O reator de recirculação de líquido desta invenção emprega um regime de fluxo de bolhas dispersas, que requer uma relação líquido para gás elevada. Um regime de fluxo de bolhas dispersas resulta em padrões de fluxo mais uniformes, aumentando a quantidade de líquido que pode ser beneficiada em um reator único.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

A figura 1 é um esquema de um reator de recirculação de líquido.

A figura 2 é um gráfico mostrando o efeito benéfico de uma relação líquido para gás maior na manutenção do fluxo de bolhas dispersas. As menores relações de gás para líquido resultam em fluxo tampão ou fluxo contínuo de gás. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A presente invenção é um reator de recirculação de líquido apropriado para a hidroconversão empregando alimentações em suspensão compreendendo hidrocarbonetos de óleo pesado e catalisadores.

A preparação de catalisadores em suspensão ativa apropriados para uso na presente invenção é descrita nos seguintes pedidos co-pendentes: números de série US 10/938202, 10/938269, 10/938200, 10/938438, e 10/938003. Estes pedidos são incorporados por referência. A composição em suspensão é preparada por uma série de etapas, envolvendo a mistura de óxido de metal do Grupo VIB, como molibdênio e amônia aquosa, para formar uma mistura aquosa, e sulfitar a mistura para formar uma suspensão. A suspensão é então promovida com um meta do Grupo VIII. A suspensão é então misturada com um óleo hidrocarboneto pesado e combinada com gás hidrogênio para produzir o catalisador em suspensão ativa. O catalisador é mantido misturado na unidade de armazenamento até ser combinado com a alimentação em um processo de hidroconversão.

Os pedidos co-pendentes acima mencionados são também apropriados para outra informação sobre os processos de hidroconversão que podem ser usados neste reator. Os processos de hidroconversão incluem hidrocraqueamento térmico, hidrotratamento, hidrodessulfiirização, hidrodesnitrificação e hidrodesmetalização.

As alimentações apropriadas para uso nos processos de hidroconversão deste reator são selecionadas dentre o grupo consistindo de resíduo atmosférico, resíduo de vácuo, alcatrão de uma unidade de des- asfaltação com solvente, gasóleos atmosféricos, gasóleos de vácuo, óleos des- alfaltados, olefinas, óleos derivados de areias de alcatrão ou betume, óleos derivados de carvão, óleos brutos pesados, óleos sintéticos de processos Fischer-Tropsch, e óleos derivados de refugos reciclados e polímeros.

O reator de recristalização de líquido é um reator de fluxo ascendente em que o óleo hidrocarboneto pesado é misturado com uma suspensão compreendendo um catalisador e um gás rico em hidrogênio em pressão e temperatura elevadas e hidroprocessado (preferivelmente hidrocraqueado) para a remoção de contaminantes de heteroátomos, como enxofre e nitrogênio.

As pressões apropriadas incluem uma faixa de pressão absoluta de 105 kg/cm a 246 kg/cm , preferivelmente de 140 a 210 kg/cm. As temperaturas apropriados incluem uma faixa de 371,11 °C a 482,22 °C, preferivelmente de 412,78 °C a 454,44 °C.

O reator geralmente inclui uma bomba que recircula líquido de próximo do topo (saída) do reator de volta ao fundo (entrada), em tipicamente 5-10 vezes a taxa da corrente de óleo pesado que entra. Em uso do catalisador em suspensão, as partículas são tão pequenas (como 1- 10 mícrons) que a recirculação do líquido com uma bomba não é geralmente necessária para criar um movimento suficiente do catalisador para obter um efeito de fluxo perfeitamente misturado. As bombas são usadas com maior freqüência com grânulos de catalisador extrusados (tipicamente 1 mm de diâmetro por 2 mm de comprimento). O material não flui através da bomba no processo de recirculação, mesmo em uso de catalisador em suspensão. A abordagem convencional para o hidroprocessamento de óleo pesado em suspensão tem sido baseada apenas no líquido que entra e fluxo de gás para alcançar o movimento de catalisador desejado (chamada coluna de bolhas em suspensão). No entanto, uma coluna de bolhas em suspensão é limitada em sua capacidade de tolerar volumes grandes de gás rico em hidrogênio requeridos para o beneficiamento. As colunas de bolhas em suspensão tendem a sofrer devido à coalescência das bolhas (a formação de bolhas de gás grandes a partir de bolhas menores). A coalescência de bolhas cria padrões de fluxo altamente irregulares no reator que reduzem de modo significante o desempenho. A quantidade de líquido que pode ser beneficiada em um reator único é limitada. O uso não econômico de reatores múltiplos em paralelo é requerido. Em contraste, o reator de recirculação de líquido é capaz de manipular maiores taxas de gás (e assim maiores taxas de alimentação de líquido novas) do que as colunas de bolhas em suspensão convencionais, enquanto mantendo o fluxo de bolhas dispersas. Isto é devido ao efeito benéfico que a relação óleo para gás (alimentação nova mais líquido recirculado) tem sobre o regime do fluxo. A importância deste efeito não foi previamente apreciada.

Na figura 1, um esquema da forma de realização preferida de reator de recirculação de líquido é mostrado. O reator 12 compreende um cilindro, tendo um diâmetro consistente. A extremidade inferior do reator 12 é fechada com uma peça terminal 17 enquanto a extremidade superior do reator 12 é fechada com um teto 18.

Uma linha de alimentação, 24, que é unida por linha de alimentação de hidrogênio 22, leva à extremidade inferior do reator 12, abaixo da bandeja do distribuidor de entrada. A alimentação compreende uma mistura de hidrocarbonetos pesados e uma suspensão de catalisador, junto com hidrogênio. A reação ocorre à medida que a mistura de hidrocarboneto e suspensão de catalisador se movimenta ascendentemente a partir da bandeja do distribuir. Uma linha de retirada de produto de topo 28 conduz a partir do teto 18. Vapor compreendendo produto e hidrogênio, misturado com alguma suspensão é passado no topo para os separadores, enquanto líquido e suspensão são recirculados. Gases são também passados no topo. O produto líquido é separado das partículas de catalisador ou por meio de separação interna ou por meio de separação externa. Nenhum dos métodos é mostrado neste diagrama. Um dispositivo de mistura na forma de um tubo descendente 34 está localizado dentro do reator 12. O material não passado no topo é recirculado através do tubo descendente 34. O tubo descendente 34 atua para manter o perfil de concentração de catalisador e o perfil de temperatura ao longo do comprimento do reator 12 na medida do possível, mantendo o regime de fluxo de bolhas. O tubo descendente 34 compreende em sua extremidade ascendente um cone 38. O cone 38 contém tubos ascendentes que permitem que gases e líquido escoem ascendentemente através do cone. O tubo descendente 34 tem uma extremidade superior aberta 42, mas a extremidade inferior termina na entrada da bomba de recirculação 21. A saída da bomba de recirculação 21 (não mostrada) descarrega material próximo da bandeja do distribuidor de entrada 20.

Hidrogênio é continuamente combinado com a linha de alimentação 24 através da linha de fluxo 22. Hidrogênio suficiente é introduzido de modo que a velocidade de gás superficial através do leito de suspensão 30 é de 2 até 6 cm/s. O leito da suspensão é tipicamente mantido a uma temperatura na faixa de cerca de 3710C a 482,2°C. O hidrogênio não reagido é retirado continuamente ao longo da linha de fluxo 28. Este hidrogênio pode ser reciclado (não mostrado).

O cone 38 do tubo descendente permite que o grosso das bolhas de gás escapem da suspensão fluidizada que entra na extremidade superior 42 do tubo descendente 34. O tubo descendente 34 transporta a suspensão desgaseificada para um ponto inferior no reator 12.

A figura 2 ilustra os regimes de fluxo em um leito fluidizado de três fases. O fluxo de bolhas (fluidização de particulados), fluxo tampão (zona de transição) e fluxo contínuo de gás (fluidização agregativa) são as três fases mostradas. O fluxo de bolhas, o regime de fluxo alvo tende a ocorrer em situações onde se tem uma elevada relação líquido para gás. A figura 2 ilustra o fluxo de bolhas ocorrendo na faixa de relações de velocidade, uL/uG excedendo 1,5 quando a velocidade de gás superficial média está na faixa de 2-6 cm/segundo.

Claims

1. Reator de fluxo ascendente, apropriado para uso em um processo para a hidroconversão de óleos pesados empregando um catalisador em suspensão ativa, caracterizado pelo fato de ter uma base e topo, e uma entrada e uma saída.

2. Reator de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reator é um reator de recirculação de líquido.

3. Reator de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o processo para a hidroconversão de óleos pesados compreende as seguintes etapas: (a) combinar, antes do reator, uma alimentação aquecida de óleo pesado, o catalisador em suspensão ativa da reivindicação 1 e um gás contendo hidrogênio para formar uma mistura; (b) passar a mistura da etapa (a) através da entrada do reator, em um tubo na base do reator, o referido tubo se movimentando para cima para uma bandeja de distribuidor, referida mistura sendo mantida em temperatura e pressão elevadas; (c) remover a partir da saída do reator no topo do reator, como vapor, uma mistura compreendendo produtos e hidrogênio, assim como material não convertido e catalisador em suspensão, e passando a mesma para um separador antes de outro processamento; (d) recircular o material não passado no topo por meio de um tubo descendente.

4. Reator de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o reator de recirculação de líquido mantém um fluxo de bolhas dispersas.

5. Reator de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o fluxo de bolhas dispersas é efetuado por uma relação de líquido para gás elevada.

6. Reator de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as relações de velocidade, ul/ug excede 1,5 quando a velocidade de gás superficial média está na faixa de 2 a 6 cm/segundo.

7. Reator de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender uma bomba que recircula o líquido em todo o reator.

8. Reator de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a bomba recircula líquido em tipicamente 5-10 vezes a taxa da corrente entrando na entrada do reator.

9. Reator de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o catalisador em suspensão ativa é preparado por um processo compreendendo as seguintes etapas: (a) misturar um óxido de metal do Grupo VIB e amônia aquosa para formar uma mistura aquosa; (b) sulfitar a mistura para formar uma suspensão, (c) misturar a suspensão com óleo hidrocarboneto pesado e gás hidrogênio para produzir o catalisador em suspensão ativa.

10. Reator de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o óxido de metal do Grupo VIB é molibdênio.

11. Reator de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as alimentações apropriadas para uso no processo de hidroconversão da reivindicação 1 são selecionados dentre o grupo consistindo de resíduo atmosférico, resíduo de vácuo, alcatrão de uma unidade de des-asfaltação com solvente, gasóleos atmosféricos, gasóleos de vácuo, óleos des-alfaltados, olefmas, óleos derivados de areias de alcatrão ou betume, óleos derivados de carvão, óleos brutos pesados, óleos sintéticos de processos Fischer-Tropsch, e óleos derivados de refugos reciclados e polímeros.

12. Reator de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processo de hidroconversão é selecionado dentre o grupo consistindo de hidrocraqueamento térmico, hidrotratamento, hidrodessulfurização, hidrodesnitrificação e hidrodesmetalização.

13. Reator de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processo de hidroconversão emprega uma pressão absoluta na faixa de 105 a 246 kg/cm2.

14. Reator de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o processo de hidroconversão emprega uma pressão absoluta na faixa de 140 a 210,9 kg/cm2.

15. Reator de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processo de hidroconversão emprega uma faixa de temperatura de 371,1 a 482,2°C.

16. Reator de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o processo de hidroconversão emprega uma faixa de temperatura de 412,7 a 454,4°C.