JP4291888B2 - 直流水素循環処理による炭化水素の並行水素処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石油精製所や化学工場における炭化水素流の水素化分解や水素化処理を含む、炭化水素流の水素処理に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炭化水素ベースの石油や合成オイルは、原油、タールサンド、頁岩油や液化石炭ベースの組成物を含む種々の最終資源から得られる。これらのオイルは、精油所や化学工場において処理を行い、不純成分を除去して、この炭化水素ベースのオイルを化学的に変換して、天然に入手されるか又は処理装置に分配される流より高価値の製品流とする。石油精製所で行うこの２つの処理は、水素化処理および水素化分解である。
【０００３】
水素化処理は、触媒の存在下で、主に水素と炭化水素ベースのオイルを反応させて、有機硫黄および窒素化合物をそれぞれ硫化水素とアンモニアに変換して、炭化水素ベースのオイル流から比較的に除去し易くするものである。そして、同一反応容器中で同時に水素化を含む他の多くの反応がおきる。
【０００４】
水素化分解は、同様に触媒の存在下で行われるが、概して水素化処理の条件に較べるとより厳しい条件下で行われる。特に、水素化分解は一般的に水素化処理に比し非常に高い圧力下で行われ、且つ、水素化分解の狙いが大きな分子を小分子に分解して高価値を持たせることにあると言う点で、水素化分解は水素化処理と異なっている。
【０００５】
両方法で水素を使用し、又、比較的高圧力下で処理装置を作動させる故、圧縮装置にかかる資本と運転コストが可成りなものとなる。しばしば資本と運転コストを低減する狙いで、もう一方では、処理装置の柔軟性を増す狙いで、多くの発明者が水素システムに関する処理装置の構成を開示している。
【０００６】
バラルに公布された米国特許第３５９２７５７号は、水素化装置に供給する製品留分と共に、水素化分解装置と直列に運転するハイドロファイナー（本質的に水素化処理装置と同一）を教示している。軽油供給原料を補給用水素と循環用水素と共にハイドロファイナーに供給する。循環流と添加循環水素をハイドロファイナー製品流に加え、混合物を水素化分解装置に供給する。
【０００７】
水素化分解装置の製品流を冷却し、蒸気流と液体流に分離する。蒸気流を循環水素圧縮機に通しハイドロファイナーに循環する。液体流は、上部、中央部と下部流に分留する。下部流は水素化分解装置に循環する。中央部流を補給水素圧縮機からの水素と混合し、水素化装置に導入する。水素化装置から回収した水素を補給水素圧縮機の工程で圧縮し、ハイドロファイナーに導く。
【０００８】
ハウンらに公布の米国特許第５１１４５６２号は、２段水素化脱硫（本質的に水素化処理に同じ）と留出炭化水素のための水素化方法を教示している。２つの分離反応領域は直列で使用され、第１領域が水素化脱硫に、また第２領域が水素化に使用される。供給原料を循環水素と混合し脱硫反応装置に供給する。硫化水素が脱硫反応装置から向流する水素によって取り除かれる。
【０００９】
この除去作業から得られる液体製品流を比較的純粋な循環水素と混合し、混合物を水素化反応領域に供給する。水素を水素化反応装置から回収し、分割流として脱硫反応装置と水素化反応装置の双方に循環する。除去作業からの水素を分離装置に通し、水素化反応装置に導入した循環水素の一部と混合し、圧縮し、処理工程に通して、水素化反応装置に循環させる。このように、炭化水素供給原料流は直列の脱硫反応装置と水素化反応装置を通過する。この間、脱硫工程では比較的低圧水素が供給され、水素化工程では比較的高圧水素が供給される。
【００１０】
バウクらに公布の米国特許第５４０３４６９号は、液体接触分解装置（ＦＣＣＵ）供給原料と中間留出物の製造方法を教示している。真空塔からの分離供給原料流を並列で水素化分解装置と水素化処理装置で処理するが、水素化分解装置で比較的軽質供給原料流を、水素化処理装置で比較的重質供給原料流を処理する。循環水素および補給水素としての共通の資源を並列で水素化分解工程と水素化処理工程に供給する。水素化分解工程と水素化処理工程からの製品流を通常の分離装置中で液体流と蒸気流に分ける。
【００１１】
その結果として、水素化分解工程と水素化処理工程は同圧力で機能する。この事は、水素化処理工程を最適圧力より高圧力で運転し、及び／又は水素化分解工程を最適圧力より低圧力で運転する必要が生じる。これは、概して水素化分解装置が水素化処理装置に比べて可なり高圧力で運転される故である。循環水素を圧力維持の為に添加する補給水素と共に、通常の分離装置から循環気体圧縮機に循環させ、水素化分解装置と水素化処理装置に並行分配する前に気体を圧縮する。これに代わる実施態様で、水素化分解装置に供給する原料は、水素化処理装置と水素化分解装置からの混合製品を分離する分留装置からの循環流である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
当業界では多くの進歩が達成されているが、依然として水素処理装置の並行的配置に対するニーズがあり、並行配置の反応装置が異なる水素分圧で稼働し、且つ、圧縮機に対する投資金額と施設コストが従来配置に較べて低減する事に対するニーズがある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明では、炭化水素供給原料流を、反応装置を直流で流動する水素を用い並行の反応装置中で水素処理する。軽質減圧軽油のような第１の炭化水素供給原料を、水素に富む循環流と共に、水素化分解装置のような第１反応装置に供給する。第１反応装置の流出流を第１の水素に富む流と第１の反応装置の製品流に分離する。重質減圧軽油のような第２の炭化水素供給原料を、第１の水素に富む流と共に、水素化処理装置のような第２反応装置に供給する。第２反応装置の流出流を第２の水素に富む流と第２の反応装置の製品流に分離する。補給水素を第２の水素に富む流に添加し、混合物を圧縮して循環し、循環水素流を作成する。
【００１４】
１観点では、本発明は、直流水素循環処理による第１と第２の炭化水素供給原料を並行水素処理する方法を提供する。本発明の方法は、（１）第１接触反応装置の領域で水素に富む循環気体流を用い第１の炭化水素供給原料を水素処理して第１反応装置流出流を作成し、（２）第１反応装置流出流を分離して第１の水素に富む気体流と第１の水素処理製品流を作成し、（３）第２接触反応装置領域で、第１反応装置領域より低い水素分圧で第１の水素に富む気体流を用いて、第２の炭化水素供給原料を水素処理して、第２反応装置流出流を作成し、（４）第２反応装置流出流を分離して第２の水素に富む気体流と第２の水素処理製品流を作成し、（５）第２の水素に富む気体流を圧縮し、そして（６）補給水素流を第２の水素に富む気体流に加えて、第１反応装置領域における水素処理のために水素に富む循環気体流を作成する工程を含むことを特徴とする。
【００１５】
１実施態様では、第１の炭化水素供給原料は好ましくは約７５０°Ｆ以上の沸騰範囲を有する減圧軽油留分であり、第２の炭化水素供給原料は好ましくは約９５０°Ｆ以下の沸騰範囲を有する減圧軽油留分である。
他の実施態様では、並行水素処理方法は、通常の分留装置で第１と第２の水素処理製品流を分留する工程、と分留装置製品流を第１接触反応装置領域に循環する工程を含む。
【００１６】
他の観点では、本発明は、直流水素循環処理による第１と第２の炭化水素供給原料を並行水素処理するための水素処理装置を提供する。水素処理装置は、（１）第１と第２の炭化水素供給原料流、（２）水素に富む循環気体流を用い第１の炭化水素供給原料流を水素処理するための第１接触反応装置領域、（３）第１反応装置領域から第１の水素に富む気体流と第１の水素処理製品流へ流出流を分離するための第１分離装置、または直列の分離装置、（４）第１の水素に富む気体流を用い第２の炭化水素供給原料流を水素処理するための第２接触反応装置領域、（５）第２反応装置領域から第２の水素に富む気体流と第２の水素処理製品流へ流出流を分離するための第２分離装置、または直列の分離装置、（６）補給水素を第２の水素に富む気体流に添加するための補給水素流、と（７）第２の水素に富む気体流を水素に富む循環気体流として第１反応装置領域に圧縮するための圧縮機を含むことを特徴とする。
【００１７】
１実施態様では、水素処理装置が、好ましくは（１）約７５０°Ｆ以上の沸騰範囲を有する重質留分と約９５０°Ｆ以下の沸騰範囲を有する軽質留分を製造するための減圧軽油分留装置、（２）軽質減圧軽油留分を第１の炭化水素供給原料流として第１反応領域に供給するためのライン、と（３）重質減圧軽油留分を第２の炭化水素供給原料流として第２反応領域に供給するためのラインを含む。
【００１８】
他の代わりの実施態様では、水素処理装置が、好ましくは（１）第１と第２の水素処理製品流を受け且つ分留して複数の分留装置製品流とするための分留塔、と（２）少なくとも１つの分留装置製品流を第１の炭化水素供給原料流に循環するためのラインを含む。
【００１９】
他の観点では、本発明は、第１と第２のそれぞれの反応領域で第１と第２の炭化水素供給原料流を並行水素処理し、且つ反応領域からの流出流を分離して少なくとも１つの水素処理液体製品と水素に富む循環気体を作成することを含む方法の改良を提供する。その改良は、（１）別々の第１と第２の分離装置で水素処理流出流を分離してそれぞれの第１と第２の水素に富む気体流および第１と第２の水素処理液体製品流を作成し、（２）第１反応領域の水素分圧を顧慮し低水素分圧で第２反応領域を操作し、（３）第１の水素に富む気体流を第１分離装置から第２反応領域に供給して第２反応領域に対する水素の条件を実質的に満足させ、そして（４）補給水素を添加し、且つ第２分離装置から第１反応領域に供給するために第２の水素に富む気体流を圧縮することを特徴としている。補給水素を、圧縮機の吸引側または放出側のいずれかの位置で、第２の水素に富む気体流に添加できる。
【００２０】
他の実施態様では、この改良が、好ましくは第１と第２の水素処理製品流を通常の分留装置で分留し、分留製品流を第１接触反応装置領域に循環することを含む。
【００２１】
１つの実施態様では、第１の炭化水素供給原料流が、好ましくは約７５０°Ｆ以上の沸騰範囲を有する減圧軽油留分であり、且つ第２の炭化水素供給原料流が、好ましくは約９５０°Ｆ以下の沸騰範囲を有する減圧軽油留分である。
【００２２】
追加の実施態様では、第１の炭化水素供給原料流が、好ましくは約６００°Ｆ〜約１１００°Ｆの沸騰範囲を有する全域の減圧軽油留分であり、且つ、第２の炭化水素供給原料が、好ましくは１またはそれ以上の種々の残差処理方法、例えば、溶剤脱アスファルト、デイレードコーキング、ビスブレーキンや熱分解などから得られる重質軽油である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
直列水素循環ループを用いた並行水素処理反応装置の配置を図１〜３に示した。ここで用いる”炭化水素”の用語は、水素と炭素の両方を含む全ての化合物を広く指し、元素として計算して９０重量％以上の水素と炭素を含有する液体、蒸気、と液体／蒸気の混合流を含む。
【００２４】
図１を参照して説明すれば、並行水素処理方法１０において、第１の炭化水素供給原料１２と水素に富む循環気体流１４を第１接触反応装置領域１５に導入する。第１反応装置の流出流１６を第１接触反応装置領域１５で製造し、第１分離装置１７に供給する。第１分離装置１７は、第１反応装置の流出流１６を蒸気の第１の水素に富む気体流１８と液体の第１の水素処理製品流１９に分離する。
【００２５】
第１の水素に富む気体流１８と第２の炭化水素供給原料２０を、第２接触反応装置領域２１に供給する。第２反応装置の流出流２２を第２接触反応装置領域２１で製造し、第２分離装置２３に供給する。第２分離装置２３は、第２反応装置の流出流２２を、蒸気の第２の水素に富む気体流２４と液体の第２の水素処理製品流２６に分離する。
【００２６】
第２の水素に富む気体流２４を圧縮機２７中で圧縮し、補給水素流２８を加えて、第１接触反応装置領域１５に供給する水素に富む循環気体流１４を作成する。代わりに、補給水素流２８を、圧縮機２７の吸引側で第２の水素に富む気体流２４に加えて水素に富む循環気体流１４を作成することができる。
【００２７】
第１と第２の接触反応装置領域１５と２１は、精油所や化学工場の装置に従来から用いたどのような水素処理反応装置でもよく、例えば、水素化処理装置（水素化脱硫と水素化脱窒素を含む）、水素化分解装置、水素化装置、異性化装置、芳香族化合物飽和装置、脱ワックス装置、や同様の反応装置でもよい。第１と第２の接触反応装置の領域１５と２１で転換可能な炭化水素化合物は、有機硫黄、有機窒素、と有機金属化合物、およびオレフィン、芳香族、脂肪族、脂環式、アセチレン、アルカリール、アリールアルキル芳香族の各化合物、およびそれらの誘導体を含む。所望により、反応装置領域１５と２１は、それぞれライン１４と１８から水素に富む気体を中段に注入する複数の段または床を持つことができる。
【００２８】
図１で大略説明する直列の循環気体流を伴う２段水素処理反応機構は、多くの用途と利点がある。第１と第２の接触反応装置領域１５と２１は、水素に富む気体が高圧の第１接触反応装置領域１５から低圧の第２接触反応装置領域２１に向けて直列に流動する故に、異なる水素分圧下で作動する。これは、炭化水素供給原料を固有の水素分圧に調和させる柔軟性をもたらす。
【００２９】
適正水素分圧と炭化水素供給原料の適切な均衡は、水素を効果的に消費して所望の製品を生成する。水素に富む循環気体流１４と第１の水素に富む気体流１８の相対的流動速度は循環気体速度を減速するように調整可能である。水素流の直流配置は圧縮機の投資金額を低減し、一方同時に圧縮機の運転コストを節減する。単一の圧縮機は、相対的に高圧・高純度で水素を第１接触反応装置領域に供給し、且つ相対的に低圧・低純度で水素を第２接触反応装置領域に供給し、コントロールバルブの前後で非効果的な圧力減少は起きない。
【００３０】
操作条件は供給原料に適合するよう変動可能である。適正条件は供給原料と所望の製品特性に依存する。反応装置の鍵となる運転要素は、圧力、温度、液空間速度、および水素と炭化水素流の相対流動速度を含む。図１を参照して、第１と第２の接触反応装置領域１５と２１は、主に５０〜４０００ｐｓｉｇ、１００〜１０００°Ｆ、０．０５〜２５容量／容量−時間、と５００〜１５０００ｓｃｆ水素／ｂｂｌ炭化水素供給原料の条件で運転する。水素に富む循環気体流１４中の水素純度は、概して６５容量％以上であり、第１の水素に富む気体流１８中の水素純度は、概して５０容量％以上である。
【００３１】
図２に、本発明の好ましい実施態様を示す。並行水素処理方法１０ａで、原油留分からの常圧蒸留残渣のような供給原料３２を、減圧塔３３に供給し、軽質減圧軽油留分３４と重質減圧軽油留分３６に分留する。軽質減圧軽油留分３４は、概して約９５０°Ｆ以下でＡＳＴＭ９５％オフ・ポイントであり、重質減圧軽油留分３６は、概して約７５０°Ｆ以上でＡＳＴＭ５％オフ・ポイントである。
【００３２】
軽質減圧軽油留分３４と循環水素流３８を水素化分解装置に供給し、水素化分解装置流出流４０を生成し、これを水素化分解装置流出流分離装置４１に供給する。水素化分解装置流出流４０を分離し、水素化分解装置製品流４２と水素化分解装置流出水素流４４に分ける。
【００３３】
水素化分解装置流出水素流４４を、重質減圧軽油留分３６と共に水素化処理装置４５に供給して、水素化処理装置流出流４６を生成し、これを水素化処理装置流出分離装置４７に供給する。水素化処理装置流出流４６を分離し、水素化処理装置製品流４８と水素化処理装置流出水素流５０に分ける。補給水素流５２を水素化処理装置流出水素流５０に加え、圧縮機５３で圧縮して、水素化分解装置３９に循環する循環水素流３８を製造する。
【００３４】
補給水素流５２を添加するために圧力調整装置（図示せず）を使用できる。代わって、補給水素流５２が十分な高圧で入手出来る場合、それを圧縮機５３の放出側で水素化処理装置流出水素流５０に加えることができる。いずれの場合も、循環水素流３８の水素純度を監視して、水素分圧および水素と炭化水素流の相対的流動速度を調整できる。
【００３５】
図２において、水素化分解装置３９と水素化処理装置４５は、主として２００〜４０００ｐｓｉｇ、５００〜９００°Ｆ、０．０５〜１０容量／容量−時間、と５００〜１５０００ｓｃｆ水素／ｂｂｌ炭化水素供給原料の条件で運転する。循環水素流３８中の水素純度は、概して６５容量％以上であり、水素化分解装置流出水素流４４中の水素純度は、概して５０容量％以上である。
【００３６】
好ましくは、水素化分解装置３９は７００〜２５００ｐｓｉｇ、６００〜８５０°Ｆ、０．１〜５容量／容量−時間、と１０００〜１００００ｓｃｆ水素／ｂｂｌ炭化水素供給原料の条件で運転し、水素化処理装置４５は、３００〜１５００ｐｓｉｇ、５００〜８００°Ｆ、０．１〜５容量／容量−時間、１０００〜１００００ｓｃｆ水素／ｂｂｌ炭化水素供給原料の条件で運転する。
【００３７】
図３では、代わりの本発明の実施態様を示す。並行水素処理方法１０ｂで、循環供給原料流５６と循環水素流５８を水素化分解装置５９に供給して、水素化分解装置流出流６０を製造し、これを水素化分解装置流出流分離装置６１に供給する。水素化分解装置流出流６０を分離し、水素化分解装置製品流６２と水素化分解装置流出水素流６４に分ける。水素化分解装置流出水素流６４、や原油留分からの常圧蒸留残渣または減圧軽油のような新供給原料流６６を水素化処理装置６８に供給して、水素化処理装置流出流７０を製造し、これを水素化処理装置流出分離装置７１に供給する。
【００３８】
水素化処理装置流出流７０を分離し、水素化処理装置製品流７２と水素化処理装置流出水素流７４に分ける。補給水素流７６を水素化処理装置流出水素流７４に加えて、圧縮機７８で圧縮し、水素化処理装置５９に循環するための循環水素流５８を作成する。代わって、補給水素流７６が十分な高圧で入手出来る場合、それを圧縮機７８の放出側で水素化処理装置流出水素流７４に加えることができる。
【００３９】
水素化処理装置製品流７２と水素化分解装置製品流６２を混合して分留装置８０に供給する。分留装置８０はその供給原料を少なくとも２つの留分に分離し、留分の１つは水素化分解装置５９に供給した循環供給原料流５６となる。他方の留分は、製品流として分留装置８０から汲み上げられる。例えば、ジェット燃料やジーゼル燃料のような中間留出物製品流８２と底部製品流８４を分留装置から汲み上げることができる。底部製品流８４は、主に液体接触分解装置への供給原料に適し、または水素化分解装置５９で次の転換のために循環できる。
【００４０】
図３において、水素化分解装置と水素化処理装置の運転条件は、図２で参照した運転条件と概ね同一である。図３における本発明の方法の構成は、循環機器の構成が中間留出物の高收率をもたらし１回だけの処理に較べて優れている点にある。
【００４１】
【実施例】
実施例
並行反応装置の工程における減圧軽油の並行水素化分解および水素化処理をコンピューター・シュミレーションして比較研究した。最初の設計はバウクらに公布された米国特許第５４０３４６９号に記載されたような並行水素循環装置の使用を含み、第２の設計は本発明の図１に示した直列水素循環装置の使用を含んでいる。計算は、工業的に実行可能な圧力レベルで、日量１５０００バレルの減圧軽油の水素化分解、と日量３００００バレルの減圧軽油の水素化処理に基づいて行った。
以下の表から明らかなように、２つの設計とも反応装置入口における水素対油の比率を同等とした。本発明に基づく設計は、全圧力低下の必要度が高かった（４２５ｐｓｉ対２５５ｐｓｉ）が、全気体の循環が実質的に低く（１０００８５ＳＣＦＭ対２１２８８５ＳＣＦＭ）、且つ圧縮コストが低い（３２８９ＨＰ対３９２３ＨＰ）結果となった。また、本発明に基づく設計は、水素化処理反応装置の工程に対し反応装置の設計圧力が低い（１２７５ｐｓｉ対１５００ｐｓｉ）結果となり、投資と設置コストを節減し、使い易く且つ水素消費を最小とすることを可能にした。試験結果を以下の表に要約した。
【００４２】
【表１】
【００４３】
本発明は、前述の説明と実施例により示した通りである。また、本発明の観点からみて、種々の変更は当業者には自明である。その様な変更は、本発明の範囲と精神に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１と第２の接触反応装置における炭化水素供給原料を並行水素処理するための単純化した工程の系統線図であり、第１と第２の反応装置を通る直列の循環ループ中の水素流動を使用し、その後に補給水素と共に圧縮して、第１反応装置に循環する。
【図２】図２は、常圧蒸留残渣を品質向上する用途で、減圧軽油流を並行水素化分解および水素化処理するための単純化した工程の系統線図である。
【図３】図３は、中間留出物の製造を強める用途で、常圧蒸留残渣または減圧軽油流を水素化処理し、且つ水素化処理装置と水素化分解装置の製品流の通常分留から得る循環流を水素化分解するための単純化した工程の系統線図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、石油精製所や化学工場における炭化水素流の水素化分解や水素化処理を含む、炭化水素流の水素処理に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炭化水素ベースの石油や合成オイルは、原油、タールサンド、頁岩油や液化石炭ベースの組成物を含む種々の最終資源から得られる。これらのオイルは、精油所や化学工場において処理を行い、不純成分を除去して、この炭化水素ベースのオイルを化学的に変換して、天然に入手されるか又は処理装置に分配される流より高価値の製品流とする。石油精製所で行うこの２つの処理は、水素化処理および水素化分解である。
【０００３】
水素化処理は、触媒の存在下で、主に水素と炭化水素ベースのオイルを反応させて、有機硫黄および窒素化合物をそれぞれ硫化水素とアンモニアに変換して、炭化水素ベースのオイル流から比較的に除去し易くするものである。そして、同一反応容器中で同時に水素化を含む他の多くの反応がおきる。
【０００４】
水素化分解は、同様に触媒の存在下で行われるが、概して水素化処理の条件に較べるとより厳しい条件下で行われる。特に、水素化分解は一般的に水素化処理に比し非常に高い圧力下で行われ、且つ、水素化分解の狙いが大きな分子を小分子に分解して高価値を持たせることにあると言う点で、水素化分解は水素化処理と異なっている。
【０００５】
両方法で水素を使用し、又、比較的高圧力下で処理装置を作動させる故、圧縮装置にかかる資本と運転コストが可成りなものとなる。しばしば資本と運転コストを低減する狙いで、もう一方では、処理装置の柔軟性を増す狙いで、多くの発明者が水素システムに関する処理装置の構成を開示している。
【０００６】
バラルに公布された米国特許第３５９２７５７号は、水素化装置に供給する製品留分と共に、水素化分解装置と直列に運転するハイドロファイナー（本質的に水素化処理装置と同一）を教示している。軽油供給原料を補給用水素と循環用水素と共にハイドロファイナーに供給する。循環流と添加循環水素をハイドロファイナー製品流に加え、混合物を水素化分解装置に供給する。
【０００７】
水素化分解装置の製品流を冷却し、蒸気流と液体流に分離する。蒸気流を循環水素圧縮機に通しハイドロファイナーに循環する。液体流は、上部、中央部と下部流に分留する。下部流は水素化分解装置に循環する。中央部流を補給水素圧縮機からの水素と混合し、水素化装置に導入する。水素化装置から回収した水素を補給水素圧縮機の工程で圧縮し、ハイドロファイナーに導く。
【０００８】
ハウンらに公布の米国特許第５１１４５６２号は、２段水素化脱硫（本質的に水素化処理に同じ）と留出炭化水素のための水素化方法を教示している。２つの分離反応領域は直列で使用され、第１領域が水素化脱硫に、また第２領域が水素化に使用される。供給原料を循環水素と混合し脱硫反応装置に供給する。硫化水素が脱硫反応装置から向流する水素によって取り除かれる。
【０００９】
この除去作業から得られる液体製品流を比較的純粋な循環水素と混合し、混合物を水素化反応領域に供給する。水素を水素化反応装置から回収し、分割流として脱硫反応装置と水素化反応装置の双方に循環する。除去作業からの水素を分離装置に通し、水素化反応装置に導入した循環水素の一部と混合し、圧縮し、処理工程に通して、水素化反応装置に循環させる。このように、炭化水素供給原料流は直列の脱硫反応装置と水素化反応装置を通過する。この間、脱硫工程では比較的低圧水素が供給され、水素化工程では比較的高圧水素が供給される。
【００１０】
バウクらに公布の米国特許第５４０３４６９号は、液体接触分解装置（ＦＣＣＵ）供給原料と中間留出物の製造方法を教示している。真空塔からの分離供給原料流を並列で水素化分解装置と水素化処理装置で処理するが、水素化分解装置で比較的軽質供給原料流を、水素化処理装置で比較的重質供給原料流を処理する。循環水素および補給水素としての共通の資源を並列で水素化分解工程と水素化処理工程に供給する。水素化分解工程と水素化処理工程からの製品流を通常の分離装置中で液体流と蒸気流に分ける。
【００１１】
その結果として、水素化分解工程と水素化処理工程は同圧力で機能する。この事は、水素化処理工程を最適圧力より高圧力で運転し、及び／又は水素化分解工程を最適圧力より低圧力で運転する必要が生じる。これは、概して水素化分解装置が水素化処理装置に比べて可なり高圧力で運転される故である。循環水素を圧力維持の為に添加する補給水素と共に、通常の分離装置から循環気体圧縮機に循環させ、水素化分解装置と水素化処理装置に並行分配する前に気体を圧縮する。これに代わる実施態様で、水素化分解装置に供給する原料は、水素化処理装置と水素化分解装置からの混合製品を分離する分留装置からの循環流である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
当業界では多くの進歩が達成されているが、依然として水素処理装置の並行的配置に対するニーズがあり、並行配置の反応装置が異なる水素分圧で稼働し、且つ、圧縮機に対する投資金額と施設コストが従来配置に較べて低減する事に対するニーズがある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明では、炭化水素供給原料流を、反応装置を直流で流動する水素を用い並行の反応装置中で水素処理する。軽質減圧軽油のような第１の炭化水素供給原料を、水素に富む循環流と共に、水素化分解装置のような第１反応装置に供給する。第１反応装置の流出流を第１の水素に富む流と第１の反応装置の製品流に分離する。重質減圧軽油のような第２の炭化水素供給原料を、第１の水素に富む流と共に、水素化処理装置のような第２反応装置に供給する。第２反応装置の流出流を第２の水素に富む流と第２の反応装置の製品流に分離する。補給水素を第２の水素に富む流に添加し、混合物を圧縮して循環し、循環水素流を作成する。
【００１４】
１観点では、本発明は、直流水素循環処理による第１と第２の炭化水素供給原料を並行水素処理する方法を提供する。本発明の方法は、（１）第１接触反応装置の領域で水素に富む循環気体流を用い第１の炭化水素供給原料を水素処理して第１反応装置流出流を作成し、（２）第１反応装置流出流を分離して第１の水素に富む気体流と第１の水素処理製品流を作成し、（３）第２接触反応装置領域で、第１反応装置領域より低い水素分圧で第１の水素に富む気体流を用いて、第２の炭化水素供給原料を水素処理して、第２反応装置流出流を作成し、（４）第２反応装置流出流を分離して第２の水素に富む気体流と第２の水素処理製品流を作成し、（５）第２の水素に富む気体流を圧縮し、そして（６）補給水素流を第２の水素に富む気体流に加えて、第１反応装置領域における水素処理のために水素に富む循環気体流を作成する工程を含むことを特徴とする。
【００１５】
１実施態様では、第１の炭化水素供給原料は好ましくは約７５０°Ｆ以上の沸騰範囲を有する減圧軽油留分であり、第２の炭化水素供給原料は好ましくは約９５０°Ｆ以下の沸騰範囲を有する減圧軽油留分である。
他の実施態様では、並行水素処理方法は、通常の分留装置で第１と第２の水素処理製品流を分留する工程、と分留装置製品流を第１接触反応装置領域に循環する工程を含む。
【００１６】
他の観点では、本発明は、直流水素循環処理による第１と第２の炭化水素供給原料を並行水素処理するための水素処理装置を提供する。水素処理装置は、（１）第１と第２の炭化水素供給原料流、（２）水素に富む循環気体流を用い第１の炭化水素供給原料流を水素処理するための第１接触反応装置領域、（３）第１反応装置領域から第１の水素に富む気体流と第１の水素処理製品流へ流出流を分離するための第１分離装置、または直列の分離装置、（４）第１の水素に富む気体流を用い第２の炭化水素供給原料流を水素処理するための第２接触反応装置領域、（５）第２反応装置領域から第２の水素に富む気体流と第２の水素処理製品流へ流出流を分離するための第２分離装置、または直列の分離装置、（６）補給水素を第２の水素に富む気体流に添加するための補給水素流、と（７）第２の水素に富む気体流を水素に富む循環気体流として第１反応装置領域に圧縮するための圧縮機を含むことを特徴とする。
【００１７】
１実施態様では、水素処理装置が、好ましくは（１）約７５０°Ｆ以上の沸騰範囲を有する重質留分と約９５０°Ｆ以下の沸騰範囲を有する軽質留分を製造するための減圧軽油分留装置、（２）軽質減圧軽油留分を第１の炭化水素供給原料流として第１反応領域に供給するためのライン、と（３）重質減圧軽油留分を第２の炭化水素供給原料流として第２反応領域に供給するためのラインを含む。
【００１８】
他の代わりの実施態様では、水素処理装置が、好ましくは（１）第１と第２の水素処理製品流を受け且つ分留して複数の分留装置製品流とするための分留塔、と（２）少なくとも１つの分留装置製品流を第１の炭化水素供給原料流に循環するためのラインを含む。
【００１９】
他の観点では、本発明は、第１と第２のそれぞれの反応領域で第１と第２の炭化水素供給原料流を並行水素処理し、且つ反応領域からの流出流を分離して少なくとも１つの水素処理液体製品と水素に富む循環気体を作成することを含む方法の改良を提供する。その改良は、（１）別々の第１と第２の分離装置で水素処理流出流を分離してそれぞれの第１と第２の水素に富む気体流および第１と第２の水素処理液体製品流を作成し、（２）第１反応領域の水素分圧を顧慮し低水素分圧で第２反応領域を操作し、（３）第１の水素に富む気体流を第１分離装置から第２反応領域に供給して第２反応領域に対する水素の条件を実質的に満足させ、そして（４）補給水素を添加し、且つ第２分離装置から第１反応領域に供給するために第２の水素に富む気体流を圧縮することを特徴としている。補給水素を、圧縮機の吸引側または放出側のいずれかの位置で、第２の水素に富む気体流に添加できる。
【００２０】
他の実施態様では、この改良が、好ましくは第１と第２の水素処理製品流を通常の分留装置で分留し、分留製品流を第１接触反応装置領域に循環することを含む。
【００２１】
１つの実施態様では、第１の炭化水素供給原料流が、好ましくは約７５０°Ｆ以上の沸騰範囲を有する減圧軽油留分であり、且つ第２の炭化水素供給原料流が、好ましくは約９５０°Ｆ以下の沸騰範囲を有する減圧軽油留分である。
【００２２】
追加の実施態様では、第１の炭化水素供給原料流が、好ましくは約６００°Ｆ〜約１１００°Ｆの沸騰範囲を有する全域の減圧軽油留分であり、且つ、第２の炭化水素供給原料が、好ましくは１またはそれ以上の種々の残差処理方法、例えば、溶剤脱アスファルト、デイレードコーキング、ビスブレーキンや熱分解などから得られる重質軽油である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
直列水素循環ループを用いた並行水素処理反応装置の配置を図１〜３に示した。ここで用いる”炭化水素”の用語は、水素と炭素の両方を含む全ての化合物を広く指し、元素として計算して９０重量％以上の水素と炭素を含有する液体、蒸気、と液体／蒸気の混合流を含む。
【００２４】
図１を参照して説明すれば、並行水素処理方法１０において、第１の炭化水素供給原料１２と水素に富む循環気体流１４を第１接触反応装置領域１５に導入する。第１反応装置の流出流１６を第１接触反応装置領域１５で製造し、第１分離装置１７に供給する。第１分離装置１７は、第１反応装置の流出流１６を蒸気の第１の水素に富む気体流１８と液体の第１の水素処理製品流１９に分離する。
【００２５】
第１の水素に富む気体流１８と第２の炭化水素供給原料２０を、第２接触反応装置領域２１に供給する。第２反応装置の流出流２２を第２接触反応装置領域２１で製造し、第２分離装置２３に供給する。第２分離装置２３は、第２反応装置の流出流２２を、蒸気の第２の水素に富む気体流２４と液体の第２の水素処理製品流２６に分離する。
【００２６】
第２の水素に富む気体流２４を圧縮機２７中で圧縮し、補給水素流２８を加えて、第１接触反応装置領域１５に供給する水素に富む循環気体流１４を作成する。代わりに、補給水素流２８を、圧縮機２７の吸引側で第２の水素に富む気体流２４に加えて水素に富む循環気体流１４を作成することができる。
【００２７】
第１と第２の接触反応装置領域１５と２１は、精油所や化学工場の装置に従来から用いたどのような水素処理反応装置でもよく、例えば、水素化処理装置（水素化脱硫と水素化脱窒素を含む）、水素化分解装置、水素化装置、異性化装置、芳香族化合物飽和装置、脱ワックス装置、や同様の反応装置でもよい。第１と第２の接触反応装置の領域１５と２１で転換可能な炭化水素化合物は、有機硫黄、有機窒素、と有機金属化合物、およびオレフィン、芳香族、脂肪族、脂環式、アセチレン、アルカリール、アリールアルキル芳香族の各化合物、およびそれらの誘導体を含む。所望により、反応装置領域１５と２１は、それぞれライン１４と１８から水素に富む気体を中段に注入する複数の段または床を持つことができる。
【００２８】
図１で大略説明する直列の循環気体流を伴う２段水素処理反応機構は、多くの用途と利点がある。第１と第２の接触反応装置領域１５と２１は、水素に富む気体が高圧の第１接触反応装置領域１５から低圧の第２接触反応装置領域２１に向けて直列に流動する故に、異なる水素分圧下で作動する。これは、炭化水素供給原料を固有の水素分圧に調和させる柔軟性をもたらす。
【００２９】
適正水素分圧と炭化水素供給原料の適切な均衡は、水素を効果的に消費して所望の製品を生成する。水素に富む循環気体流１４と第１の水素に富む気体流１８の相対的流動速度は循環気体速度を減速するように調整可能である。水素流の直流配置は圧縮機の投資金額を低減し、一方同時に圧縮機の運転コストを節減する。単一の圧縮機は、相対的に高圧・高純度で水素を第１接触反応装置領域に供給し、且つ相対的に低圧・低純度で水素を第２接触反応装置領域に供給し、コントロールバルブの前後で非効果的な圧力減少は起きない。
【００３０】
操作条件は供給原料に適合するよう変動可能である。適正条件は供給原料と所望の製品特性に依存する。反応装置の鍵となる運転要素は、圧力、温度、液空間速度、および水素と炭化水素流の相対流動速度を含む。図１を参照して、第１と第２の接触反応装置領域１５と２１は、主に５０〜４０００ｐｓｉｇ、１００〜１０００°Ｆ、０．０５〜２５容量／容量−時間、と５００〜１５０００ｓｃｆ水素／ｂｂｌ炭化水素供給原料の条件で運転する。水素に富む循環気体流１４中の水素純度は、概して６５容量％以上であり、第１の水素に富む気体流１８中の水素純度は、概して５０容量％以上である。
【００３１】
図２に、本発明の好ましい実施態様を示す。並行水素処理方法１０ａで、原油留分からの常圧蒸留残渣のような供給原料３２を、減圧塔３３に供給し、軽質減圧軽油留分３４と重質減圧軽油留分３６に分留する。軽質減圧軽油留分３４は、概して約９５０°Ｆ以下でＡＳＴＭ９５％オフ・ポイントであり、重質減圧軽油留分３６は、概して約７５０°Ｆ以上でＡＳＴＭ５％オフ・ポイントである。
【００３２】
軽質減圧軽油留分３４と循環水素流３８を水素化分解装置に供給し、水素化分解装置流出流４０を生成し、これを水素化分解装置流出流分離装置４１に供給する。水素化分解装置流出流４０を分離し、水素化分解装置製品流４２と水素化分解装置流出水素流４４に分ける。
【００３３】
水素化分解装置流出水素流４４を、重質減圧軽油留分３６と共に水素化処理装置４５に供給して、水素化処理装置流出流４６を生成し、これを水素化処理装置流出分離装置４７に供給する。水素化処理装置流出流４６を分離し、水素化処理装置製品流４８と水素化処理装置流出水素流５０に分ける。補給水素流５２を水素化処理装置流出水素流５０に加え、圧縮機５３で圧縮して、水素化分解装置３９に循環する循環水素流３８を製造する。
【００３４】
補給水素流５２を添加するために圧力調整装置（図示せず）を使用できる。代わって、補給水素流５２が十分な高圧で入手出来る場合、それを圧縮機５３の放出側で水素化処理装置流出水素流５０に加えることができる。いずれの場合も、循環水素流３８の水素純度を監視して、水素分圧および水素と炭化水素流の相対的流動速度を調整できる。
【００３５】
図２において、水素化分解装置３９と水素化処理装置４５は、主として２００〜４０００ｐｓｉｇ、５００〜９００°Ｆ、０．０５〜１０容量／容量−時間、と５００〜１５０００ｓｃｆ水素／ｂｂｌ炭化水素供給原料の条件で運転する。循環水素流３８中の水素純度は、概して６５容量％以上であり、水素化分解装置流出水素流４４中の水素純度は、概して５０容量％以上である。
【００３６】
好ましくは、水素化分解装置３９は７００〜２５００ｐｓｉｇ、６００〜８５０°Ｆ、０．１〜５容量／容量−時間、と１０００〜１００００ｓｃｆ水素／ｂｂｌ炭化水素供給原料の条件で運転し、水素化処理装置４５は、３００〜１５００ｐｓｉｇ、５００〜８００°Ｆ、０．１〜５容量／容量−時間、１０００〜１００００ｓｃｆ水素／ｂｂｌ炭化水素供給原料の条件で運転する。
【００３７】
図３では、代わりの本発明の実施態様を示す。並行水素処理方法１０ｂで、循環供給原料流５６と循環水素流５８を水素化分解装置５９に供給して、水素化分解装置流出流６０を製造し、これを水素化分解装置流出流分離装置６１に供給する。水素化分解装置流出流６０を分離し、水素化分解装置製品流６２と水素化分解装置流出水素流６４に分ける。水素化分解装置流出水素流６４、や原油留分からの常圧蒸留残渣または減圧軽油のような新供給原料流６６を水素化処理装置６８に供給して、水素化処理装置流出流７０を製造し、これを水素化処理装置流出分離装置７１に供給する。
【００３８】
水素化処理装置流出流７０を分離し、水素化処理装置製品流７２と水素化処理装置流出水素流７４に分ける。補給水素流７６を水素化処理装置流出水素流７４に加えて、圧縮機７８で圧縮し、水素化処理装置５９に循環するための循環水素流５８を作成する。代わって、補給水素流７６が十分な高圧で入手出来る場合、それを圧縮機７８の放出側で水素化処理装置流出水素流７４に加えることができる。
【００３９】
水素化処理装置製品流７２と水素化分解装置製品流６２を混合して分留装置８０に供給する。分留装置８０はその供給原料を少なくとも２つの留分に分離し、留分の１つは水素化分解装置５９に供給した循環供給原料流５６となる。他方の留分は、製品流として分留装置８０から汲み上げられる。例えば、ジェット燃料やジーゼル燃料のような中間留出物製品流８２と底部製品流８４を分留装置から汲み上げることができる。底部製品流８４は、主に液体接触分解装置への供給原料に適し、または水素化分解装置５９で次の転換のために循環できる。
【００４０】
図３において、水素化分解装置と水素化処理装置の運転条件は、図２で参照した運転条件と概ね同一である。図３における本発明の方法の構成は、循環機器の構成が中間留出物の高收率をもたらし１回だけの処理に較べて優れている点にある。
【００４１】
【実施例】
実施例
並行反応装置の工程における減圧軽油の並行水素化分解および水素化処理をコンピューター・シュミレーションして比較研究した。最初の設計はバウクらに公布された米国特許第５４０３４６９号に記載されたような並行水素循環装置の使用を含み、第２の設計は本発明の図１に示した直列水素循環装置の使用を含んでいる。計算は、工業的に実行可能な圧力レベルで、日量１５０００バレルの減圧軽油の水素化分解、と日量３００００バレルの減圧軽油の水素化処理に基づいて行った。
以下の表から明らかなように、２つの設計とも反応装置入口における水素対油の比率を同等とした。本発明に基づく設計は、全圧力低下の必要度が高かった（４２５ｐｓｉ対２５５ｐｓｉ）が、全気体の循環が実質的に低く（１０００８５ＳＣＦＭ対２１２８８５ＳＣＦＭ）、且つ圧縮コストが低い（３２８９ＨＰ対３９２３ＨＰ）結果となった。また、本発明に基づく設計は、水素化処理反応装置の工程に対し反応装置の設計圧力が低い（１２７５ｐｓｉ対１５００ｐｓｉ）結果となり、投資と設置コストを節減し、使い易く且つ水素消費を最小とすることを可能にした。試験結果を以下の表に要約した。
【００４２】
【表１】
本発明は、前述の説明と実施例により示した通りである。また、本発明の観点からみて、種々の変更は当業者には自明である。その様な変更は、本発明の範囲と精神に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１と第２の接触反応装置における炭化水素供給原料を並行水素処理するための単純化した工程の系統線図であり、第１と第２の反応装置を通る直列の循環ループ中の水素流動を使用し、その後に補給水素と共に圧縮して、第１反応装置に循環する。
【図２】図２は、常圧蒸留残渣を品質向上する用途で、減圧軽油流を並行水素化分解および水素化処理するための単純化した工程の系統線図である。
【図３】図３は、中間留出物の製造を強める用途で、常圧蒸留残渣または減圧軽油流を水素化処理し、且つ水素化処理装置と水素化分解装置の製品流の通常分留から得る循環流を水素化分解するための単純化した工程の系統線図である。
Claims (7)
- 直流水素循環処理による炭化水素を並行水素処理する方法であって、
（１）第１接触反応装置領域で水素に富む循環気体流を用い単一で通常の多段分留装置からの製品流を水素処理して第１反応装置流出流を作成し、
（２）第１反応装置流出流を分離して第１の水素に富む気体流と第１の水素処理製品流を作成し、
（３）第１の水素に富む気体流が炭化水素供給原料の水素処理における唯一の水素源であって、第１の水素に富む気体流の圧縮を要しないようにするべく、第２接触反応装置領域の単一パスで、第１反応装置領域より低い水素分圧で第１の水素に富む気体流を用いて、炭化水素供給原料を水素処理して、第２反応装置流出流を作成し、
（４）第２反応装置流出流を分離して第２の水素に富む気体流と第２の水素処理製品流を作成し、
（５）第１反応装置領域における水素処理のための第２の水素に富む気体流を他の圧縮なしに圧縮し、
（６）補給水素流を第２の水素に富む気体流に加えて、水素に富む循環気体流を作成し、
（７）単一で通常の多段分留装置で第１及び第２の水素処理製品流を一緒に分留して、側部流を含む複数の分留装置製品流を製造し、そして
（８）側部流を前記水素処理のための第１接触反応装置領域に供給する
諸工程を含むことを特徴とする前記水素処理方法。 - 第２の水素に富む気体流を圧縮して水素に富む循環気体流を作成する前に、補給水素流を第２の水素に富む気体流に加える、請求項１に記載する方法。
- 第１接触反応領域に供給される単一で通常の多段分留装置製品流が３９９℃（７５０°Ｆ）以上の沸騰範囲を有し、炭化水素供給原料が５１０℃（９５０°Ｆ）以下の沸騰範囲を有する減圧軽油留分を含む、請求項１に記載する方法。
- 第１接触反応領域に供給される単一で通常の多段分留装置製品流が３１６℃（６００°Ｆ）〜５９３℃（１１００°Ｆ）の沸騰範囲を有し、炭化水素供給原料が溶剤脱アスファルトから得られる重質軽油留分を含む、請求項１に記載する方法。
- 第１接触反応領域に供給される単一で通常の多段分留装置製品流が３１６℃（６００°Ｆ）〜５９３℃（１１００°Ｆ）の沸騰範囲を有し、炭化水素供給原料がコークス化工程から得られる重質軽油留分を含む、請求項１に記載する方法。
- 第１接触反応領域に供給される単一で通常の多段分留装置製品流が３１６℃（６００°Ｆ）〜５９３℃（１１００°Ｆ）の沸騰範囲を有し、炭化水素供給原料がビスブレーキングから得られる重質軽油留分を含む、請求項１に記載する方法。
- 第１接触反応領域に供給される単一で通常の多段分留装置製品流が３１６℃（６００°Ｆ）〜５９３℃（１１００°Ｆ）の沸騰範囲を有し、炭化水素供給原料が熱分解から得られる重質軽油留分を含む、請求項１に記載する方法。
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