JP2004256815A - 炭化水素の処理方法および処理装置、ならびに前記処理により生成された相の分離のための方法および処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】炭化水素の処理方法および処理装置、ならびに前記処理により製造された相の分離のための方法および処理装置を提供する。
【解決手段】炭化水素処理装置は２以上の処理チャンバーと、液体炭化水素、気体原料および固体粒子が接触するゾーン700にて第１処理チャンバー中で生じる多相混合物中の液体留分と気体留分を分離する手段とを含む。該装置は、第１の処理チャンバー1を含み、これは、前記ゾーン700中に炭化水素のバッチを導入するための手段10および気体バッチを導入するための手段20、前記ゾーン700から来る気体フラクションと液体フラクションを分離するための前記チャンバーの内部の手段280,310,350、前記液体留分を集めるための手段210,32および前記液体留分を前記第１のチャンバー1の外部へ除去するための手段50、前記気体留分を前記第１のチャンバー1の外部へ除去するための手段70を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも２つのチャンバーまたは直列に接続された連続のチャンバーを含み、最も普通には前記チャンバーの内部において、少なくとも１相の固体相、少なくとも１相の液体相および少なくとも１相の気体相を含む少なくとも１つの反応が行われる、炭化水素を処理するための装置および方法に関する。本発明は、たとえば、石油蒸留によって生成された留出物または残渣、石炭液化によって製造された液体炭化水素供給原料、原油の転化および／または処理の分野に適用される。さらに詳しくは、この装置およびこの方法によって、気体留分および固体粒子を含んでいてもよい液体留分を含む混合物であって、液体供給原料、気体供給原料および固体粒子が接触しているゾーンから来る前記混合物を分離することが可能となる。この装置とこの方法は、気体相および液体相を固体粒子と接触させる必要があるどのような方法に対しても適用することが可能ではある。以下において本発明を、固体触媒粒子の沸騰床の中で炭化水素の供給原料の水素化転化させる特定のケースについて説明するが、これに限定されるわけではない。

炭化水素または石炭から得られる炭化水素系の液体供給原料の重質留分を水素化転化させるのに使用される沸騰床法には、一般に、水素化転化触媒からなる固体粒子を含む反応器の中で、最も普通には液体相および気体相状態にある炭化水素系供給原料を並行流で上昇させることによって、接触させることが含まれる。この反応ゾーンには一般に、反応器の底部近くに存在する固体粒子を抜き出す少なくとも１つの手段と、前記反応器の頂部近くにフレッシュな触媒を含む前記粒子を供給する少なくとも１つの手段とが含まれる。前記反応器には、最も普通には、前記反応器の内部または外部に位置させた、反応ゾーンから来る液体相をリサイクルさせることを可能とする少なくとも１つのループがさらに含まれる。前記のリサイクルが意図しているのは、当業者に公知の方法によれば、気体／液体／固体の３相操作において、反応ゾーンが適切な機能を果たすことを保証するのに充分なだけの、反応床の膨張（expansion）を維持することである。

沸騰床から来る多相混合物の分離は、たとえば特許文献１に記載されているような、第１の原理によれば、単一の反応器の外部かつ下流で実施される。

特許文献２では、他の原理にしたがって、直列に接続した２基の反応器を使用し、前記の２基の反応器の中間に外部気液分離器を加えることが提案されている。第１の反応器から来る気体および液体生成物を、前記の分離器で分離し、前記液体生成物の部分は前記第１の反応器にリサイクルして触媒の沸騰を維持し、その他のものは第２の反応器にフィードしている。
欧州特許出願公開第１，０８６，７３４号明細書 欧州特許出願公開第７３２，３８９号明細書

経済的な理由から反応器の後に設置される分離器が反応器よりは小さいことがほとんどであるため、このタイプの方法においては、この外部分離器の中の液体レベルを調節するのは非常に困難である。さらに、この外部分離器は反応器そのものと同一の圧力としなければならないので、前記のような分離器の設備費が必然的に高価になってしまう。

本発明の対象はまず第１に、少なくとも２つの処理チャンバーと、液体炭化水素の供給原料、気体供給原料および固体粒子が接触するゾーン（７００）において第１の処理チャンバー中で生成される多相混合物中に含まれる液体留分と気体留分を分離する手段とを含む炭化水素を処理するための装置であり、前記装置は、
−第１の処理チャンバー（１）であって、前記ゾーン（７００）の中に炭化水素の供給原料を導入するための手段（１０）および気体供給原料を導入するための手段（２０）、前記ゾーン（７００）から来る気体フラクションと液体フラクションを分離するための前記チャンバーの内部の手段（２８０、３１０、３５０）、前記液体留分を集めるための手段（２１０、３２）および前記液体留分を前記第１のチャンバー（１）の外部へ除去するための手段（５０）、前記気体留分を前記第１のチャンバー（１）の外部へ除去するための手段（７０）、ならびに前記チャンバー（１）の内部の前記液体留分の膨張のレベルを調節するための手段（１３０）を含む、第１の処理チャンバー（１）、
−前記液体留分の少なくとも一部を第２の反応チャンバー（２）に移送するための手段（５０）、
−第２の処理チャンバー（２）であって、第２の接触ゾーン（７０１）、ならびに、前記第２のゾーン（７０１）の中へ、気体供給原料を導入する手段および第１の処理チャンバー（１）で生成された液体留分の少なくとも一部を含む液体供給原料を導入する手段を含む、第２の処理チャンバー（２）
を含むことを特徴とする。

前記装置は、第１のチャンバーの内部へ前記液体留分の一部をリサイクルさせるための手段がさらに含んでいてもよい。

本発明の１つの可能な実施態様において、前記第２の処理チャンバーはさらに、前記第２の接触ゾーンにおいて生成された気体留分と液体留分とを分離するための内部手段、前記液体留分を集めるための手段および前記液体留分を前記第２のチャンバーの外へ抜き出すための手段、前記気体留分を前記第２のチャンバーの外へ抜き出すための手段、ならびに、前記第２のチャンバーの中の液体留分の膨張レベルを調節するための手段、を含む。この装置は、第２のチャンバーの中の前記液体留分の一部をリサイクルするための手段をさらに含むのが好都合である。

上で述べてきた装置は、前記チャンバー内における接触ゾーンの膨張のレベルを調節するための手段をさらに含んでいれば、好都合である。

前記第２のゾーンへの導入手段は、液体供給原料のための補給手段をさらに含むことも可能である。

前記装置は、２つのチャンバーの間を移送される液体のスループットを調節するための手段をさらに含むことが好ましく、また、前記チャンバーから来る気体のスループットを調節するための手段をさらに加えることもできる。

本発明の１つの可能な実施態様において、少なくとも前記第１のチャンバーに含まれるのは、たとえば；
−接触ゾーンを出て行く気体留分および液体相を含む混合物のための少なくとも１つの流路を備えたリサイクル装置、
−前記チャンバーの内部で（単一または複数の）前記流路の直後に設置され、前記混合物を分離して液体のほとんどおよび気体を少量含む留分Ａと、少量の液体を含む実質的には気体留分Ｂと、にする少なくとも１つの分離要素、
−前記チャンバーの上端近くに設け、留分Ｂを抜き出すことを可能とする、導管、
−リサイクル装置の延長部分であって、それを通って留分Ａが重力によって流れ抜き出される、抜き出し導管、
−前記チャンバー内の前記液体相の膨張のレベルを調節するための手段であって、前記手段は、留分Ｂの出口オリフィスからの距離が、前記チャンバーの内径の０．０５倍より大きいか等しくなるように前記のレベルを維持するよう設計される。

本発明はさらに、炭化水素の段階的処理方法にも関し、これは、前記方法の各段階において生成される多相混合物に含まれる液体留分と気体留分の分離を含み、前記方法は少なくとも以下の段階を含む：
ａ）炭化水素供給原料および気体供給原料を第１の処理チャンバーの中に導入し、そして前記炭化水素供給原料および前記気体供給原料を固体粒子と接触させる段階、
ｂ）前記第１の反応チャンバーの内部で、段階ａ)を出て行く多相混合物中に含まれる液体留分と気体留分を分離する段階、
ｃ）前記気体留分および液体留分を別々に、第１のチャンバーの外部に回収する段階、
ｄ）前記第１のチャンバーから来る前記液体留分の少なくとも一部を気体供給原料と共に第２のチャンバーに導入し、前記液体留分と前記気体供給原料を第２のチャンバーの内部で固体粒子と接触させる段階。

より有利には、この方法にはさらに以下の段階が含まれる；
ｅ）前記第２のチャンバーの内部で、段階ｄ)を出て行く多相混合物中に含まれる液体留分と気体留分を分離する段階、
ｆ）前記気体留分および前記液体留分を前記第２のチャンバーの外部で回収する段階。

ｎ基のチャンバーを使用するこの方法の実施態様においては、ｎは２から１０の間の整数であり、流体が流れる方向で見て上流側のチャンバー（ｎ−１）から来る液体留分の少なくとも一部が、下流側に設置されたチャンバー（ｎ）の中に導入される。

本発明によれば、前記固体粒子を移動させると、たとえば、前記チャンバーの下部のゾーン中で液体相中に懸濁された形態で分散させることができ、したがってこれは英語では「反応器スラリー」と一般に呼ばれているものである。本発明を好適に適用する場合、前記固体粒子を移動させるときには、沸騰床の内部に存在させることができる。スラリー床および沸騰床に関わる原理にしたがって機能させる反応器の例、およびそれらの主な用途については、たとえばＰ．トランブーゼ（P.Trambouze）、Ｈ．ファン・ランデゲーム（H.Van Landeghem）およびＪ．Ｐ．ウォーキー（J.P.Wauquier）編「ケミカル・リアクターズ（Chemical Reactors）」（テクニップ（Technip）、１９８８年）に記載されている。本発明によれば、少なくとも第１の反応チャンバー（すなわち、内部分離を含むもの）においては、前記固体粒子は沸騰床またはスラリー床中にあるのが好都合である。第２の（またはその他の）チャンバーもまた、（それぞれ）沸騰床またはスラリー床として運転するのが好ましい。

より詳しくは、本発明を限定するわけではないが、本発明の用途は前記チャンバーの中に液体の状態で炭化水素を含めて導入された供給原料を転化させることにあり、前記転化は、最も一般的には触媒活性を呈する（触媒）固体相の存在下に、たとえば水素を含む気体相で反応させること（水素化転化）によって実施される。

本発明の範囲において処理できる供給原料は、以下のようなものであってよい、すなわち、直留の常圧蒸留残油または減圧蒸留残油、脱アスファルト残渣、たとえばコーキングから来るような転化法から誘導される残渣、石炭液化により製造された炭化水素の液体供給原料、原油、Ｈ−オイル（Ｈ−ＯＩＬ）法によって製造されたものなどの、沸騰床のボトム液のためのハイバール（ＨＹＶＡＨＬ）処理法により製造されたもののような固定床水素化転化から誘導された残渣、あるいは、溶媒たとえばプロパン、ブタンまたはペンタンによって脱アスファルト化されたオイル、または直留からの脱アスファルト化減圧蒸留残油または減圧蒸留残油から通常得られるアスファルト、ライト・サイクルオイル（英語の命名でのライトサイクルオイル（light cycle oil）の略称ＬＣＯ）、ヘビー・サイクルオイル（英語の命名でのヘビー・サイクルオイル（heavy cycle oil）の略称ＨＣＯ）、デカンテッド・オイル（英語の命名でのデカンテッド・オイル（decanted oil）の略称ＤＯ）からなる群より選択される炭化水素系の留分または炭化水素系の留分の混合物によって希釈されたＨ−オイル（Ｈ−ＯＩＬ）またはハイバール（ＨＹＶＡＨＬ）法からの減圧蒸留残渣、スラリーおよびガスオイル留分、特に減圧蒸留により得られるもので英語のＶＧＯ（減圧ガスオイル）として知られているものなどである。これらの供給原料は、これらの各種留分、特に常圧蒸留残油および減圧蒸留残油をどのような割合で混合して作ってもよい。それらには、ガスオイルの蒸留留分や、接触分解で製造されたヘビーガスオイルで、その蒸留範囲が一般に約１５０〜約３７０℃、またはさらには６００℃または６００℃を超えるものが含まれていてもよい。さらにそれらには、潤滑油の製造の際に得られる芳香族の抽出物が含まれていてもよい。本発明によれば、処理される供給原料は通常、常圧蒸留残油または減圧蒸留残油もしくはそれらの残渣の混合物である。

さらに本発明は、炭化水素供給原料のための水素化処理方法、たとえば水素化脱硫、水素化脱窒、水素化脱金属または水素化脱芳香族のような方法に適用することも可能である。

その最も一般的な形態においては、本発明の対象の１つは、その内部で最も普通には化学反応を実施する一連のチャンバーを含む装置であって、それによって前記反応によって製造される各種留分の分離、より詳しくは前記反応によって生成される液体流出物と気体流出物との分離を達成することを可能とする。

本発明によって、たとえば、装置の出口のところで、気体の中への液体の同伴を最小限にとどめることと、実質的に気体を含まない液体を生成することを同時に可能となる。

この装置またはこの方法を適用することによってさらに、そのユニットの処理能力の面でも、前記ユニットにおいて得られる反応生成物の収率の面においても実質的な増加を達成することも可能となる。

さらに本発明により、いくつかの連続反応器の間における前記液体の移送を、単純かつ効果的な方法で調節することも可能となる。

その上、本発明によって、その２基の反応器の間での補助的な分離手段が不必要となるために、その方法が単純化され、装置のコストも低減できるようになる。

本発明はまた、既存のユニットを最新化する分野においても、容易かつ低コストで応用できるようになるであろう。

本発明についてのその他の特徴、詳細および利点は、図１および２を用いた以下の説明を読めばさらに明瞭になるであろうが、それらは本発明の実施態様を限定するものではない。

図１に示したものは、仏国特許出願番号第０１/０９０５５号明細書にすでに記載されているものと同様の原理に基づいたもので、本発明を達成するために使用可能な、沸騰床７００の内部で水素（Ｈ_２）と触媒粒子の存在下で、大量の炭化水素の供給原料の水素化転化を実行させるための反応器１を、非限定的に示したものである。反応器１の頂部には、気液分離のための内部機器が取り付けられている。

たとえば、少なくとも１相の気体相および１相の液体相を含む混合物の分離機器は、チャンバーの中で一体化されていてもよいが、少なくとも以下のものを含む：
−前記混合物のための少なくとも１本の流路を備えたリサイクル・トラフのような機器で、前記流路にはたとえば（単一または複数の）管状シャフトを備えておくことができ、同シャフトにはその内部で遠心運動を起こせるような挿入物を備えているのが好ましい、
−前記（単一または複数の）シャフトの直後に設置する第１の分離要素またはメインの分離器で、前記混合物を、液体のほとんどおよび気体を少量含む留分Ａと、少量の液体を含む実質的には気体の留分Ｂと、に分離することを可能とする分離器、
−前記チャンバーの上部近くに設置する第１の導管で、メインの分離器から出てくる気体留分Ｂを実質的に除去する導管、
−前記リサイクル・トラフに続いている導管であって、その中を通って前記メインの分離器から出てくる液体のほとんどを含む留分Ａが重力によって流れ、抜き出される第２の導管で、前記機器には前記チャンバー内の前記液体相の膨張のレベルを調節するための手段（１３０）をさらに含み、前記レベルが留分Ｂの出口オリフィスから前記チャンバーの内径の０．０５倍よりも大きいか等しい距離、好ましくは前記直径の０．１倍よりは大きい距離に保たれるように、前記手段が設計されており、前記の距離は、本発明によれば、技術的に可能な限り小さくして、通常前記直径の０．０５倍から２０倍までの間とする。前記第２の導管（留分Ａ抜き出し用）に、前記留分のリサイクルと抜き出しに分離する手段を含ませることも可能である。

しかしながら、当然のことではあるが本発明は、そのような機器の使用に限定されるものではなく、公知の同等の気液分離機器を、本発明の範囲を超えることなく、使用することができる。

前記反応器１に、導管１０によって液体供給原料（たとえば重質炭化水素の混合物を含む）を、そして導管２０によって気体供給原料（たとえばそのほとんどが水素）を供給し、その２相の混合を反応器１の上流側（図１の場合）または反応器そのものの中で実施することができる。本明細書においては、「上流側（upstream）」および「下流側（downstream）」という用語は、本設備における流体の流れる方向に対して見たものと定義する。液体供給原料および気体供給原料を分配（distribution）させるために使用する機器２００を、反応器の底部に設置する。機器２００の流路を抜けた後、液体供給原料および気体供給原料は沸騰床７００の内部に入って、当業者公知のサイズ、形状を有し、最適化された固体触媒粒子と接触して、予定の反応に与る。前記触媒粒子は、上向きの速度を有する液体相の中に浮遊された状態で保持されている。最も普通には、前記の速度によって、固体触媒粒子床の膨張割合が決まってくる。レベル５００は、気体および液体の気泡の流路で引き起こされる攪拌によってわずかに乱流となった平面（turbulent plane）からなり、固体触媒粒子リッチなゾーンの境界を定めている。このレベルは、固体粒子の残留量を与えれば、その大半は実質的に液体のスループットに依存し、さらにその程度は低いがその反応ゾーンを通過する気体のスループットに依存する。レベル５００より上には、前記粒子はほとんど同伴されない。前記粒子床の限界を示す界面５００と、界面６００との間に位置するゾーンは、圧倒的に気体留分と液体留分との混合物からできている。一般的には、連続の液体留分の中を気体留分が気泡の形で流れている。界面６００より上の、ゾーン８００の中は実質的に気体相で、連続した気体相の中に液体の飛沫が分散している。

この触媒は、反応器中のゾーン７００から出てくる液体留分のリサイクルによって沸騰状況となっていて、それによって、反応の動力学的制約に合わせた液体の表面速度が維持されている。この目的のために、流体を通過させ固体粒子の大部分を除去することを可能とする挿入物を有する導管２２０を備えた、リサイクル・トラフとなりうる集液機器２１０によって、界面６００より下で反応器から液体を抜き出す。前記機器２１０は最も普通には、反応器１の中心部に設置し、好ましくはその上部はほぼ円錐形とする（たとえば、米国特許第４，２２１，６５３号の記載参照）。図１に見られるように、前記機器２１０は少なくとも部分的に、最も普通にはそのほとんどが、界面５００と界面６００で画定され、実質的には液体相を含んでいるゾーンの中に沈んでいる。機器２１０から出た液体は、下降導管３０、次いでポンプ１９０へ流れる。ポンプ１９０が押し上げると、前記液体は導管４０を通って移送され、分配手段２００から見て反応器の上流側の中に再び注入される。本発明の好ましい実施態様によれば、図１に見られるように、導管３１が導管３０の内部に取り付けられており、その導管３１の上側の部分は実質的に液体相の中に挿入されていて、それによって液体レベル６００に近いところにある液体を回収して、反応チャンバー７００の外側に送り出すことが可能となっている。

集液機器２１０には一連の機器類が接続されていて、それにより沸騰床７００から出てくる生成物の気液分離を促すことが可能となっているが、回収される液体の中に気体が同伴されていると、公知のことであるが、ポンプ１９０の正常な運転を妨害する。小さな気泡の合体とそれによる液体留分からの気体留分の分離を促進する目的で、１つまたは複数の分離手段（２８０、３１０、３５０）を反応器１の内側で使用するが、そのようなものとしてはたとえば、流れの中で渦効果を促進するサイクロン型の機器または同等の各種機器からなるものがある。分離手段（２８０、３１０、３５０）はチャンバー１の上側部分、すなわち、少なくとも部分的には実質的に気体相を含むゾーン８００の中に、位置している。

集液機器２１０は、上記のように導管３０およびリサイクル系（１９０、４０）に送液することを可能としているが、これはさらに、反応器１の内側に位置していて、有利には、反応器１を囲むチャンバーの軸のまわりにほぼ軸対象、一般には円錐形となっていて、その最大の部分の寸法では、一般に反応器の断面の５０〜１００％の間、好ましくはその断面の８０〜９８％の間で表される断面をカバーしている。ポンプ１９０は好ましくは反応器の外側に設置するが、本発明の範囲を超えることなく、前記チャンバーの内側に設けることもまた可能である。反応から来る液体生成物のうちの反応器１の内部へリサイクルされない部分は、図１にみられるように、導管３１の延長部分である導管５０によって抜き出す。当然のことながら、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、たとえば本発明の範囲を超えることなく、液体生成物の前記の抜き出しをリサイクルループから直接に実施することも可能であり、その場合、ポンプ１９０よりも上流側（導管３０に接続することによって）あるいはその下流側（導管４０に接続することによって）のいずれにおいても可能である。

分離手段から出てきたガスで、液体の大部分を除いたものは、チャンバーの頂部から導管７０により抜き出して、可能なその後の処理にかける。一般に導管７０の内部を循環するガスは、分離手段２８０、３１０、および３５０を組合せて使用する効果により、１０質量％未満、好ましくは７％未満、非常に好ましくは１％未満の液体しか含んでいない。

導管３０から出て来る、実質的にはほとんどの気体を除去した液体生成物は、液体のためのリサイクルライン４０を経由し、リサイクルポンプ１９０の力により、反応器から下流側へリサイクルされる。この液体流出物には、リサイクル・トラフ２１０の上で使用した分離手段２８０、３１０、３５０の効果によって、非常に少量の気体、一般には２質量％未満、最も普通には１質量％未満の気体しか含まない。

本発明の可能な実施態様によれば、反応器１内部の界面５００のレベルを調節するために、測定および調節手段を用いて、反応器が適切に機能できることを保証する。たとえば、ガンマメーターを使用して反応器内の密度分布を評価することで、界面５００のレベルを正確に測定することが可能となると考えられる。この手段を用いて得られたレベルの測定値を制御ループ１７５に供給して、オペレータが指令装置１７６に入力した設定値と比較することによって、リサイクルポンプ１９０の回転速度を調節することができる。このようなシステムを設けておけば、界面５００のレベルがある設定値よりも低くなった場合は、ポンプ１９０の回転速度を上げることで、リサイクルループの中のリサイクル液体のスループットが増加し、その結果反応器の中の液体の表面速度が増加し、それに従って触媒床の膨張割合が大きくなるので、レベルが修正される。

反応器１の界面６００のレベルを調節するためには、たとえば典型的には反応器に取付けた、所望の界面より少し上に位置する１４０と同じ界面より少し下に位置する１５０の２つの圧力取出し口を有する差圧センサーを用いて、反応中の密度分布を評価することが考えられる。これら圧力取出し口での閉塞を防止するために、既知の調節した量の気体（たとえば、元の気体供給原料）または液体（たとえば、リサイクル液体）を、圧力取出し口のレベルに注入することができる。この方法により得られたレベルの測定値を制御ループ１３０に送り、それによってたとえば指令要素１３１からの指示で、反応器の液体生成物のための抜き出し導管５０にあるスライド弁１００の開閉を調節するようにする。上述のように前記導管５０は、導管３０の中に位置する導管３１の下流に設けるのが好ましい。このようなシステムを設けておけば、界面６００が所定の設定値よりも低くなった場合には、スライド弁１００を少なくとも部分的に閉じ、配管５０から抜き出す液体のスループットを減らし、それによってリサイクルする液体留分の量を増やすと、配管１０および２０からの気体および液体の原料流のスループットが一定であるのなら、反応器１内の界面６００の位置が上がることになり、界面レベルが修正される。界面６００の上昇は、導管３１の中に、この界面より上に位置する液体を注入することで釣り合いがとられる。スライド弁１００の役目は、チャンバー７００と下流の装置との間の圧力差を調節することだけである。

図２は、２つの水素化転化反応器を直列に配列した装置を含む本発明の実施態様を示している。図２に示されているのは、２つの反応器１と２で、反応器１から出てくる液体流出物が、反応器２の液体供給原料として使用されている。

図１に関して上で定義した原理により、液体供給原料が導管１０で運ばれてきて、配管２０により移送されてきた水素の流れと混合されてから、反応器１に注入されている。気液分離システム２１０によって、液体レベル６００を一定の高さに保つことが可能となり、１質量％未満の気体しか含まない液体をポンプ１９０にリサイクルさせることで床７００の沸騰を可能とする。分離機器２１０の出口で、実質的に液体留分を全く含まない反応器塔頂の気体を、反応器２から出てくる気体流出物と同時に、配管７０によって気体精製ループに送る。ポンプ１９０は、気液分離機器から出て機器２１０で集めリサイクル導管３０に入った液体生成物の一部を、配管４０によって確実にリサイクルさせる。配管５０は、導管３２の延長部分に相当しポンプ１９０より上流側に位置するが、第１の反応器１から出てくるリサイクルしない液体留分を反応器２に移動させることを可能とする。

本発明の範囲を超えることなく、液体炭化水素のさらなる供給原料を、配管１１によって第２の反応器への入口で注入することも可能である。

本発明によれば、反応器２に導入される液体供給原料は、部分的または全体的に、反応器１から出てくる液体流出物からなっていてもよい。前記反応器２には、導管２１によって気体供給原料（主として水素を含む）をさらに供給するが、（単一または複数の）液体相（リサイクルされていない液体留分および場合によっては液体炭化水素の追加の供給原料を含む）との混合は、図２に示したように反応器２よりも上流側で実施しても、あるいは反応器そのものの内部で実施してもよい。導管３２から反応器２への液体の移送は、反応器１の圧力を反応器２のそれよりも若干高くしておいて、圧力差の効果によって好適に実施することができる。反応器１と２の間の圧力差は、たとえば、導管７０に接続しているスライド弁１０２および１０３の開閉によって制御することができる。反応器１から出てくる液体相のスループットは、導管５０に設けられたスライド弁１００によって、流れを乱すことなく、好適に制御することができる。反応器２の中で、導管５０によって移送されてきた供給原料を気体流れ２１と混合する。沸騰床７０１中での反応が済むと、反応器１に設けたのと同じタイプのリサイクリング要素２１１および１つまたは複数の分離手段によって、反応生成物から得られる気体留分と液体留分との分離および抜き出しが確実に実施される。液体相は沸騰ポンプ１９１に向けて導管３１により移送され、気体相は反応部の頂部から抜き出されて、反応器１から出てきた気体流出物に合流する。ポンプ１９１で送り出すことによって、配管４１により反応器２の中へ液体を確実にリサイクルさせる。導管３３および配管５１を経由して反応器２から出てくる液体の一部は、集めるか場合によっては次の処理、たとえば、前段とその構造および機能が同一の第３の反応器に送る。スライド弁１０１によって、前記反応器２から出て行く液体留分に見合うだけのリサイクルを行うことによって反応器２の液体レベル６０１を一定に保つことがさらに可能となる。レベル調節機器の１３２と１７７は、図１に関してすでに説明した機器１３０と１７５にその構造および機能が類似したものであるが、それらによって反応器２の界面６０１と５０１のレベルの調節が可能となる。

図２では、複数の反応器を直列に使用した場合の、本発明による分離機器を使用することからくる利点が示されている。沸騰床を使用した転化方法を実施する場合には、液体供給原料の転化を最適にするには、２つの反応器を直列に接続するのが有利である。１つまたは複数の内部分離手段（２８０、３１０、３５０）を使用し、場合によっては、反応器１および２の手段１３０および１３２をそれぞれ使用して界面レベル６００および６０１を調節することを組み合わせると、すべての気体生成物、特に未消費の水素および水素化転化反応によって生成する最も軽質な炭化水素を、導管７０によって抜き出すことが可能になり、そして反応器２には、第１の反応器から出てくる液体供給原料だけを、配管５０を通して、２つの反応器の間で中間の分離をすることもなく、送ることが可能となる。

このように、図２の実施態様で説明した本発明によれば、第２の反応器の容積が一定としても、第１のチャンバーの内側で気体および液体流出物を本発明にしたがって分離することで、処理すべき液体供給原料を第１の反応器の中により大量に導入することが可能となり、それによってそのユニットの処理能力が大幅に向上する。さらに、本発明によれば、触媒粒子がリサイクルループへかなり同伴されるような反応床の内部の気体の表面速度としなくても、そのような処理能力における向上を達成することが可能である。

以下の実施例を比較することによって、本発明に付随する利点を説明する。実施例１（比較例）は、残渣の水素化転化において、従来からの方法において使用されていたユニットを用いて得られた結果を示す。

実施例２では、本発明により機能するユニットを用いて得られた転化率を比較することが可能である。

実施例３では、本発明により機能するユニットを用いて得られた処理能力を比較することが可能である。

これらの実施例は、沸騰床として機能するパイロットユニットで実施した実験の結果である。別の実験をスラリータイプの反応器中で適当なポンプを用いて実施したが、同様の結果が得られた。

（比較例）
サファニア産の高真空残油（ＲＳＶ、フランス語でresidu sous vide）を処理する。その密度は１５℃で１．０４８である。収量はすべて、１００（質量による）のＲＳＶ供給原料を基準にして計算したものである。

直列に接続し、沸騰床の原理で運転される２基の反応チャンバーを含むパイロットユニット中で高真空残油を処理する。元々のＲＳＶ供給原料をすべて、第１の反応器中に導入し、第１の反応器から出てくる流出物を全部、中間の分離をすることなく直接に第２の反応器の中に再注入する。それぞれの反応器の全容積は２リットルである。

このパイロットユニットは、アクセンス・カンパニー（Axens company）から市場に出されているＨ−オイル（Ｈ−ＯＩＬ）法に従った沸騰床中で高真空残油を水素化処理する工業的ユニットを模したものである。この反応器の中での流体の流れは、工業用ユニットの場合と同じで、上向きである。

操作条件は以下の通りである：
−供給原料のスループット（第１の反応器）：Ｐ＝０．１ＭＰａ、Ｔ＝１５℃で、１．４Ｌ／ｈ（または、実験条件下で２Ｌ／ｈ）、
−全圧：絶対圧で、１５６バール（第１および第２反応器）、
−水素の流れ：第２の反応器の入口では、Ｐ＝０．１ＭＰａ、Ｔ＝１５℃で５６０Ｌ／ｈ（または、反応条件下で８．７Ｌ／ｈ）、Ｐ＝０．１ＭＰａ、Ｔ＝１５℃で２８０Ｌ／ｈ（または、反応条件下で約４．３Ｌ／ｈ）。

−２基の反応器の内部温度：４１０℃。

この２基の反応器で使用した触媒はＮｉＭｏ触媒である。

第２の反応器から出てくる生成物を、実験室で分留して、ガソリン留分（沸点範囲が、開始点（ＩＰ）から１５０℃の間）、ガスオイル留分（沸点範囲、１５０〜３７５℃の間）、減圧蒸留留出物留分（範囲、３７５〜５４０℃）、そして残油留分（蒸留点、５４０℃より高）に分離した。

第２の反応器の出口で得られた生成物の分留後の各種のスループット（質量パーセントで表す）は以下の通りである：
生成物 収量
硫化水素 ４．３
気体 ２．０
ガソリン（ＩＰ〜１５０℃） ２．５
ディーゼル油（１５０〜３７５℃） １４．８
減圧ガスオイル（３７５〜５４０℃） ２４．６
残油（５４０℃より高） ５１．８

（本発明実施例）
この場合の供給原料は先行実施例に使用したものと同じである。反応条件も実施例１の場合と同様とする。第１のチャンバーの内部では、本発明に従って分離機器を使用し、それによって、気体流出物と液体流出物とを分離し、液体留分中に含まれる気体留分が１重量％未満となるようにするが、反応器のサイズおよび触媒床の容積は同じにとどめる。

この機器のおかげで、第２の反応器の中に導入される気体流出物の容積は、第１の段階において生成した炭化水素ガスが全部第２の反応器の中に注入される実施例１の場合に比較すると、かなり減少する。第２の反応器の入口における唯一の気体のスループットは、第１の反応器から来る極めて少量の気体のスループット（１重量％未満）と、第２の反応器への追加の水素のスループット（Ｐ＝０．１ＭＰａ、Ｔ＝１５℃で２８０Ｌ／ｈ、または反応条件下で約４．３Ｌ／ｈ）とからなる。第２の反応器に入る液体供給原料のスループットは、全体的に第１の反応器から抜き出した液体留分からなる。

第２の反応器の出口で得られた生成物の分留後の各種のスループット（質量パーセントで表す）は、実施例１と同様である。

生成物 収量
硫化水素 ４．１
気体 ２．０
ガソリン（Ｃ５〜１５０℃） ２．３
ディーゼル油（１５０〜３７５℃） １８．１
減圧ガスオイル（３７５〜５４０℃） ３２．７
残油（５４０℃＋） ４０．８
実施例１と実施例２を比較すれば、本発明では最終的な残油の量を１１％減らすことが可能であることが判る。

したがって本発明では、この水素化転化法において出てくる最も軽質な炭化水素の留分はほぼ一定に保ちながら、残油の転化を有意に増加させることが可能である。

（本発明実施例）
この実施例では、本発明を適用することによって、一定の反応容積のユニット、たとえば既存のユニットを補修（retrofitting）する（英語の用語では言えば改修（revamping）する）という点において、処理能力を改良することが可能となることを示す。

実施例１と同一の供給原料を処理するために、実施例１で使用したのと同じサイズの２基の反応器を使用する。実施例２の場合と同じ機構に従って、第１の反応器の内部で気体生成物を液体から分離する。分離をして得られた液体を、ユニットのトータルの転化レベルを実施例１の場合と同程度にするような追加の精製水素と共に、第２の反応器の中に注入する。

それによって、反応器容積は一定でありながら、第１のチャンバーの内部における反応の第１段階の間に分離された気体状の炭化水素の容積があるために、第２の反応器の出口における残油転化率を一定にしても、（ＲＳＶ）の初期供給原料の量を増やして注入できるようになる。この場合、第２のチャンバーの出口における最終的な残油の割合は５１．８％と同じであるが、実施例１のユニットの処理能力は、本発明により改修することで、著しく増加して、実験条件下における供給原料スループットとして３．７Ｌ／ｈ（または、トータルの供給原料スループットが２．６ｋｇ／ｈ）が得られ、これは、実施例１の条件と比較すれば、１．２ｋｇ／ｈの増加である。

従ってこの装置を適用することによって、そのユニットの処理能力を約８５％向上させることが可能となる。

第１のチャンバー中の沸騰床の出口において、気体留分と液体留分を内部で分離するための機器を備えた第１のチャンバーの実施態様を示すフローシートである。 ２基の反応チャンバーを直列に使用する本発明の実施態様を示すフローシートである。

符合の説明

１、２ 処理チャンバー
１０、１１ 炭化水素供給原料導入手段
２０、２１ 気体供給原料導入手段
３０、３１ 液体のほとんどと気体を少量含む留分の抜き出し導管
３２、３３ 液体留分を集めるための手段
４０、４１ 液体留分の一部をリサイクリングするための手段
５０、５１ 液体留分を抜き出すための手段
７０、７１ 気体留分を抜き出すための手段
１００、１０１ 液体のスループットを調節するための手段
１０２、１０３ 気体のスループットを調節するための手段
１３０、１３２ 液体相の膨張のレベルを調節するための手段
１７５、１７７ 接触ゾーンの膨張のレベルを調節するための手段
１９０、１９１ 液体留分の一部をリサイクリングするための手段
２１０、２１１ 液体留分を集めるための手段（リサイクル装置）
２８０、３１０、３５０ 気体留分と液体留分とを分離するための手段
７００、７０１ 接触ゾーン

Claims (15)

1. 少なくとも２つの処理チャンバーと、液体炭化水素の供給原料、気体供給原料および固体粒子が接触するゾーン（７００）において第１の処理チャンバー中で生成される多相混合物中に含まれる液体留分と気体留分を分離する手段とを含む炭化水素を処理するための装置であり、前記装置は、
   −第１の処理チャンバー（１）であって、前記ゾーン（７００）の中に炭化水素の供給原料を導入するための手段（１０）および気体供給原料を導入するための手段（２０）、前記ゾーン（７００）から来る気体フラクションと液体フラクションを分離するための前記チャンバーの内部の手段（２８０、３１０、３５０）、前記液体留分を集めるための手段（２１０、３２）および前記液体留分を前記第１のチャンバー（１）の外部へ除去するための手段（５０）、前記気体留分を前記第１のチャンバー（１）の外部へ除去するための手段（７０）、ならびに前記チャンバー（１）の内部の前記液体留分の膨張のレベルを調節するための手段（１３０）を含む、第１の処理チャンバー（１）、
   −前記液体留分の少なくとも一部を第２の反応チャンバー（２）に移送するための手段（５０）、
   −第２の処理チャンバー（２）であって、第２の接触ゾーン（７０１）、ならびに、前記第２のゾーン（７０１）の中へ、気体供給原料を導入する手段および第１の処理チャンバー（１）で生成された液体留分の少なくとも一部を含む液体供給原料を導入する手段を含む、第２の処理チャンバー（２）
   を含むことを特徴とする装置。
2. 第１のチャンバー（１）において、前記液体留分の一部についてリサイクルする手段（３０、１９０、４０）をさらに含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記第２のチャンバーが、第２の接触ゾーン（７０１）から来る前記気体留分と液体留分を分離するための内部手段、前記液体留分を集めるための手段（２１１、３３）および前記第２のチャンバー（２）の外部へ前記液体留分を抜き出すための手段（５１）、前記第２のチャンバー（２）の外部へ前記気体留分を抜き出すための手段（７０）、ならびに前記第２のチャンバー（２）中の前記液体留分の前記膨張のレベルを調節するための手段（１３２）をさらに含む、請求項１または２に記載の装置。
4. 第２のチャンバー（２）内において、前記液体留分の一部をリサイクリングするための手段（３１、１９１、４１）をさらに含む、請求項３に記載の装置。
5. 前記チャンバー（１、２）内の接触ゾーン（７００、７０１）の膨張のレベルを調節するための手段（１７５、１７７）をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記第２のチャンバーの前記導入手段が、前記液体供給原料を補給するための手段（１１）をさらに含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 両方のチャンバー（１、２）の間で、前記液体を移送する前記スループット（throughput）を調節するための手段（１００）をさらに含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記チャンバー（１、２）から来る前記気体のスループットを調節するための手段（１０２、１０３）をさらに含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 少なくとも前記第１のチャンバーが：
   −前記多相混合物のための少なくとも１本の流路を備えたリサイクル装置（２１０）、
   −前記チャンバー（２８０）の内部で（単一または複数の）前記流路の直後に設置され、前記混合物を分離して液体のほとんどおよび気体を少量含む留分Ａと、少量の液体を含む実質的には気体留分Ｂと、にする少なくとも１つの分離要素、
   −前記チャンバーの上端近くに設け、留分Ｂを抜き出すことを可能とする導管（７０）、
   −リサイクル装置（２１０）の延長部分であって、それを通って留分Ａが重力によって流れ、抜き出される、抜き出し導管（３０）、
   −前記チャンバー内の前記液体相の膨張のレベルを調節するための手段（１３０）であって、留分Ｂの出口オリフィスからの距離が、前記チャンバーの内径の０．０５倍より大きいか等しくなるように前記のレベルを維持するよう設計されている前記手段、を含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
10. 炭化水素のための段階的（staged）処理方法であって、前記方法のそれぞれの段階で生成された前記多相混合物に含まれている液体留分と気体留分の分離を含み、前記方法の特徴とするところが少なくとも以下の段階を含むことであって：
    ａ）炭化水素供給原料および気体供給原料を第１の処理チャンバーの中に導入し、そして前記炭化水素供給原料および前記気体供給原料を固体粒子と接触させる段階、
    ｂ）前記第１の反応チャンバーの内部で、段階ａ)を出て行く多相混合物中に含まれる液体留分と気体留分を分離する段階、
    ｃ）前記気体留分および液体留分を別々に、第１のチャンバーの外部に回収する段階、
    ｄ）前記第１のチャンバーから来る前記液体留分の少なくとも一部を気体供給原料と共に第２のチャンバーに導入し、前記液体留分と前記気体供給原料を第２のチャンバーの内部で固体粒子と接触させる段階、
    を含む方法。
11. ｅ）前記第２の反応チャンバーの内部で、段階ｄ)を出て行く多相混合物中に含まれる液体留分と気体留分を分離し、
    ｆ）前記気体留分および前記液体留分を前記第２のチャンバーの外部で回収する、
    請求項１０に記載の方法。
12. ｎ基（ｎは２から１０の間の整数である）のチャンバーを使用し、流体が流れる方向で見て上流側のチャンバー（ｎ−１）から来る液体留分の少なくとも一部が、下流側に設置されたチャンバー（ｎ）の中に導入される、請求項１０または１１に記載の方法。
13. 直留の常圧蒸留残油または減圧蒸留残油、脱アスファルト残渣、前記転化法または、沸騰床のボトム液に対する水素化処理方法から誘導される残渣、溶媒により脱アスファルトされたオイル、アスファルト、ライト・サイクルオイル、ヘビー・サイクルオイル、デカンテッド・オイルによって形成されたものの群から選ばれる炭化水素留分、スラリーおよびガスオイル留分、特に減圧蒸留により得られるものによって形成されるもの、からなる群に含まれる、供給原料または供給原料の混合物の水素化処理または水素化転化のための、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 少なくとも前記第１の反応チャンバー内において沸騰床で操作される、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 少なくとも前記第１の反応チャンバー内においてスラリー床で操作される、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の方法。

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