KR850000672B1 - Process for hydrotreating carbonaceous material - Google Patents

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Abstract

This invention relates to the process for hydrotreating carbonaceous material with alkali metal. To produce liquid carbonaceous material containing more hydrogen than raw carbonaceous material, hydrocracking, denitration and demetalation are performed by treating the carbonaceous material with vapour and the reactant of hydrate containing sulfur in a reactor. This process gives high yield products and does not need high temp. or high pressure.

Description

탄소물질의 수소처리방법Hydrogen Treatment of Carbon Material

본 발명은 알카리금속 활화합물의 수화물을 사용하여 탄소물질을 수소처리하는 방법에 관한 것이다. 석유를 알카리금속 화합물 또는 황화합물로 처리하는 많은 방법이 공지되어있다. 예를들면, 미국특허 제 3,252,,774호는 증기존재하에 422 내지 972℃에서 알카리금속화합물(예. 황화물)의 용융물을 원료에 접촉시켜 수소함유 가스를 생성하는 액체탄화수소의 크래킹방법을 설명한다.The present invention relates to a method of hydrotreating a carbon material using a hydrate of an alkali metal active compound. Many methods of treating petroleum with alkali metal compounds or sulfur compounds are known. For example, U. S. Patent No. 3,252, 774 describes a method of cracking liquid hydrocarbons in which a melt of an alkali metal compound (e.g. sulfide) is brought into contact with a raw material at 422 to 972 DEG C in the presence of steam to produce a hydrogen-containing gas. .

미국특허 제3,617,529호는 수황화나트륨(NaHS)만을 또는 수산화나트륨과 수산화암모늄의 혼합물을 함유하는 수용액을 석유와 주변온도에서 접촉시켜 석유로부터 황입자를 제거하는 방법을 설명한다. 수용액과 오일을 분리하고, 그 접촉단계중에 생성된 폴리설파이드로 부터 황을 유리시키기 위해 그 수용액을 처리한다. 미국특허 제3,787,315호와 제3,788,978호는 석유의 탈황공정을 설명한다. 황화합물이 형성되도록 수소존재하여 오일을 알카리금속 또는 합금과 접촉 시킴으로써 오일을 탈황시킨다. 오일을 황화수소로 처리하여 황화물을 분리시키고 분리된 모노설파이드를 소듐폴리설파이드로 처리하여 낮은 황함량의 폴리설파이드를 생성시키고 이것을 전기분해하여 나트륨을 산출시킨다.US Pat. No. 3,617,529 describes a method for removing sulfur particles from petroleum by contacting petroleum at ambient temperature with an aqueous solution containing only sodium hydroxide (NaHS) or a mixture of sodium and ammonium hydroxide. The aqueous solution and the oil are separated and the aqueous solution is treated to liberate sulfur from the polysulfide produced during the contacting step. US Pat. Nos. 3,787,315 and 3,788,978 describe the desulfurization process of petroleum. The oil is desulfurized by contact with an alkali metal or alloy in the presence of hydrogen to form sulfur compounds. The oil is treated with hydrogen sulfide to separate the sulfides and the separated monosulfide is treated with sodium polysulfide to produce a low sulfur content polysulfide which is electrolyzed to yield sodium.

미국특허 제3,816,298호는 중질탄화수소(예. 감압잔사유)를 액체탄화수소와 수소함유가스로 개질하는 2단계 방법(부분적으로 탈황, 수소화, 하이드로크래킹)을 설명한다. 일차단계에서는, 탄화수소를 알카리금속 황화물 및 수황화물을 포함하는 촉매존재하에 수소함유가스 및 일산화탄소와 접촉시킨다. 그 압력과 온도는 각각 150 psig 이상, 367 내지 587℃ 이어야한다.U.S. Patent No. 3,816,298 describes a two-step process (partially desulfurization, hydrogenation, hydrocracking) of reforming heavy hydrocarbons (e.g., reduced pressure residues) into liquid hydrocarbons and hydrogen containing gases. In the first step, the hydrocarbon is contacted with hydrogen containing gas and carbon monoxide in the presence of a catalyst comprising alkali metal sulfides and hydrosulfides. The pressure and temperature should be at least 150 psig and 367 to 587 ° C, respectively.

그의 한 실시예는 340psig와 483℃에서 K2CO3촉매와 함께 일차단계로 증기(수소와 일산화 탄소뿐아니라)를 공급하는 것을 설명하고있다. 부산물인 고체탄소질 물질이 그 촉매상에 점착되고 그 일부분이 2차단계로 보내어져서 압력 150psig와 온도 642℃에서 증기와 접촉된다. 미국특허 제4,003,823호는 500내지 5000psig의 수소압력과 257 내지 1082℃온도 에서탄화수소물질을 알카리금속 수산화물과 접촉시켜 중질의 탄화수소를 개질하는 또 다른 공정방법을 설명한다. 알카리금속 수산화물을 재생시키는 일차단계에서 반응영역으로 부터 회수된 산물에 황화수소를 가하여 반응영역으로 부터 회수된 산물에 황화수소를 가하여 반응조에서 생성된 알카리 금속황화물을 수황화물로 전환시킬 수 있다.One example describes the feeding of steam (as well as hydrogen and carbon monoxide) in the first stage with a K 2 CO 3 catalyst at 340 psig and 483 ° C. By-product solid carbonaceous material is deposited on the catalyst and part of it is sent to the second stage to contact the steam at a pressure of 150 psig and a temperature of 642 ° C. U.S. Patent No. 4,003,823 describes another process for reforming heavy hydrocarbons by contacting the hydrocarbon material with alkali metal hydroxides at a hydrogen pressure of 500 to 5000 psig and a temperature of 257 to 1082 ° C. In the first step of regenerating the alkali metal hydroxide, hydrogen sulfide is added to the product recovered from the reaction zone, and hydrogen sulfide is added to the product recovered from the reaction zone to convert the alkali metal sulfide produced in the reaction tank into a hydrosulfide.

미국특허 제4,018,572호는 화석연료물질을 알카리금속폴리설파이드의 용융물 또는 수용액과 접촉시켜 높은 황함량의 염을 생성시킴으로써 화석연료를 탈황시키는 방법을 설명한다.US Pat. No. 4,018,572 describes a method for desulfurizing fossil fuels by contacting the fossil fuel material with a melt or aqueous solution of an alkali metal polysulfide to produce a high sulfur content salt.

마지막으로, 미국특허 제4,119,528호는 500 내지 5000psig의 수소압력, 257 내지 1082℃의 온도에서 황화칼륨을 사용하여 중질탄화수소를 처리하는 또 다른 방법을 설명한다. 생성물은 저비점의 탈황된 오일과 수황화칼륨으로 이 수황화칼륨은 다시 황화칼륨으로 전환될 수 있다.Finally, US Pat. No. 4,119,528 describes another method of treating heavy hydrocarbons using potassium sulfide at a hydrogen pressure of 500 to 5000 psig and a temperature of 257 to 1082 ° C. The product is a low boiling desulfurized oil and potassium hydrosulfide which can be converted back to potassium sulfide.

반응조에 황화칼륨 그 자체를 투입하거나 또는 칼륨화합물을 황화수소와 같은 황화합물과 반응조에서 반응시켜 황화칼륨을 만들 수 있다. 황화칼륨은 또한 수황화물 또는 다중황화물(폴리설파이드)와 같은 칼륨화합물을 수소와 같은 환원제와 반응시켜 제조할 수 있다. 그 황화물은 또한 수황화칼륨의 고온증기화에 의해 제조할 수 있다. 황화칼륨과 황화나트륨의 혼합물을 사용하는 것이바람직한데, 황화나트륨이 반응중에 생산되는 황화수소에 대한 "게터(getter)"로서 작용하기 때문으로 그렇지않으면 황화수소가 황화칼륨과 반응하여 "불활성한" 수황화칼륨이 생성된다.Potassium sulfide may be prepared by injecting potassium sulfide itself into a reactor or by reacting a potassium compound with a sulfur compound such as hydrogen sulfide in a reactor. Potassium sulfide can also be prepared by reacting a potassium compound such as hydrosulfide or polysulfide (polysulfide) with a reducing agent such as hydrogen. The sulfides can also be prepared by high temperature steaming of potassium hydrosulfide. It is preferable to use a mixture of potassium sulfide and sodium sulfide, since sodium sulfide acts as a "getter" for the hydrogen sulfide produced during the reaction, otherwise hydrogen sulfide reacts with potassium sulfide to "inert" hydrosulfide. Potassium is produced.

하기 미국특허도 또한 알카리금속 화합물 또는 황화물로써 석유를 처리하는 방법을 설명한다 : 1,300,816, 1,413,005, 1,729,943, 1,938,672, 1,974,724, 2,145,657, 2,950,245, 3,112,257, 3,185,641, 3,368,875, 3.354,081, 3,382,168, 3,483,119, 3,553,279, 3,565,792, 3,663,431, 3,745,109, 4,007,109.The following U.S. patent also describes a process for treating petroleum with alkali metal compounds or sulfides: 1,300,816, 1,413,005, 1,729,943, 1,938,672, 1,974,724, 2,145,657, 2,950,245, 3,112,257, 3,185,641, 3,368,875, 3.354,081, 3,38,553,119, 3,382 3,119 3,565,792, 3,663,431, 3,745,109, 4,007,109.

종전기술상의 문제점은 고수율의 생성물을 얻기 위하여는 고온, 고압력등의 엄격한 공정조건이 필요하다는 것이다. 그래서 본 발명은 상기 문제점을 해결하고자 하는 것이다.The problem with the prior art is that strict process conditions such as high temperature and high pressure are required to obtain high yield products. So the present invention is to solve the above problems.

본발명인은 후기에서 더욱 상세히 설명하게될 수화물의 처리공정을 사용하여 비교적 완화된 공정조건으로 유효한 생성물의 수율을 종전의 처리방법보다 훨씬 더 상승 시킬 수 있음을 발견하였다. 예를들면, 본발명공정에 의하면 반응온도는 410℃ 이상일 필요가 없으며, 압력은 대기압이상일 필요가 없다.The inventors have found that the treatment of hydrates, which will be described in more detail later, allows the yield of effective products to be increased much more than with conventional treatments with relatively mild process conditions. For example, according to the present invention, the reaction temperature does not need to be higher than 410 ° C, and the pressure does not need to be higher than atmospheric pressure.

또한 전화효율겅과 생성물수율이 높으므로 제조당가가 절감될 수 있다. 더욱상세하게, 본 발명은 반응조에서 탄소질물질을 알카리금속수황화물, 알카리금속 단일황화물 또는 알카리금속 다중화합물 및 그것의 혼합물로 이루어지는 황-함유화합물의 수화물과 증기로 처리시키는 것을 특징으로 하는탄소질물질의 수소처리공정을 제공한다.In addition, the production efficiency can be reduced because of high conversion efficiency and product yield. More specifically, the present invention provides a carbonaceous material characterized in that the carbonaceous material is treated in a reaction tank with a hydrate and a vapor of a sulfur-containing compound consisting of an alkali metal hydrosulfide, an alkali metal monosulfide or an alkali metal multi-compound and a mixture thereof. Provides a hydrotreating process of the material.

상기 언급한 미국특허들중 본 발명에 의한 공정으로 탄소질 물질을 수소처리(예, 수소화 및 하이드로크래킹)하기 위해 알카리금속 수황화물, 황화물 또는 다중황화물(폴리설파이드)의 수화물을 사용하는 것을 설명하거나 제안한 것이없다. 본 명세서에서 사용하는 "탄소질물질"은 오일, 쉐일, 타르샌드(tar sand)등을 포함하며 석탄은 포함하지 않는다.In the above-mentioned US patents, the process according to the invention describes the use of hydrates of alkali metal hydrosulfides, sulfides or polysulfides (polysulfides) for the hydrotreating (eg hydrogenation and hydrocracking) of the carbonaceous material. There is no suggestion. As used herein, "carbonaceous material" includes oil, shale, tar sand and the like and does not include coal.

그러므로 "탄소질물질"은 원유, 상압잔사유(크래킹된 또는 크래킹되지 않은 상압잔사유), 감압잔사유(점도저하된 또는 점도저하되지 않은 감압잔사유) 및 비석유오일을 포함하는 것이된다. "수소처리"는 수소화와 하이드로크래킹(수소화분해)를 포함한다. 본 발명에서 증기를 사용하는 것이 필수적인데 이것은 증기가 반응물을 수화형태(고-반응성)로 유지시키기 때문이다.Thus, "carbonaceous material" is intended to include crude oil, atmospheric residue oil (cracked or uncracked atmospheric residue oil), vacuum residue oil (decompressed residue oil with reduced viscosity or not viscosity) and non-petroleum oil. "Hydrogenation" includes hydrogenation and hydrocracking. It is essential to use steam in the present invention because it keeps the reactants in hydrated form (high-reactivity).

신공정에는 많은 잇점이 있다. 이미 언급한 잇점외에도 수소 처리로써 탈질소화와 탈금속화가 동시에 일어난다. 그외에도 반응물을 사용하는 공정조건에 따라서는 탈황도 일어날 수도 있는 것이다 ; (참조. 탈황공정을 설명한 미국특허 제4,160,721호) 또한 수소처리의 성취효율 및 정도가 대단히 높다. 이를테면, 바람직한 한가지 예를 343℃ 이상의 최초비점을 갖는 잔사유는 황화수소가 반응영역에 공급되어 1통과 처리되는데 모든 산출생성물은 343℃ 이하에서 비등한다. 비교적 완화된 조건하에서 크래킹의 높은 정도가 본 발명에 의해 성취될 수 있다.There are many advantages to the new process. In addition to the benefits already mentioned, denitrification and demetallization occur simultaneously by hydrotreating. In addition, depending on the process conditions under which the reactants are used, desulfurization may occur; (See US Pat. No. 4,160,721, which describes the desulfurization process.) The efficiency and degree of hydrotreatment is also very high. For example, one preferred example is residue oil having an initial boiling point of 343 ° C. or higher and hydrogen sulfide is supplied to the reaction zone for one pass and all output products boil at 343 ° C. or lower. A high degree of cracking can be achieved by the present invention under relatively relaxed conditions.

본 발명의 다른 이점은 하기설명에서 나타날 것이다. 대체적으로, 본발명은 탄소질물질을 반응물과 접촉시키는 것으로 구성된다. 그 탄소질 물질은 일반적으로 액체상태로 사용하겠지만, 증기상태로도 사용할 수 있다. 증기는 수화(고반응성) 형태로 반응물을 유지하기 위해 반응 혼합물로 통과 시킨다(나프탈렌산이 많은 탄소질물질에 대하여는, 그 증기 유출을 최소로 유지시키는데, 물이 이들 물질을 분해시키기 때문이다. 이런경우, 수소가 공-공급되는 것이 유리하다.) 유리수는 반응물을 분해시키므로 그 반응조건은 유리수가 많은 양으로 존재하지 않도록 선택되어야 바람직하다.Other advantages of the present invention will appear in the description that follows. In general, the present invention consists in contacting a carbonaceous material with a reactant. The carbonaceous material will generally be used in the liquid state, but can also be used in the vapor state. Vapor is passed through the reaction mixture to maintain the reactants in hydrated (highly reactive) form (for carbonaceous materials that are high in naphthalic acid, the vapor bleeding is kept to a minimum because water decomposes these materials). It is advantageous that the hydrogen is co-fed.) Since free water decomposes the reactants, the reaction conditions should be chosen so that the free water does not exist in large amounts.

반응혼합물은 처리된 산출물을 증기그시키기 위해서 거열하고, 증기와 생성물을 반응영역으로부터 회수하여 냉각, 분리한다. 필요하면, 생성물을 일련의 증류유분과 후처리되기 위해 재순환되는 중질(고비점)유분으로 분리될 수 있다. 증기 및 기화된 생성물은 계속해서 회수되지 않거나 전혀 회수 되지 않아도 된다. 그러나, 주기적인 회수를 하지 않으면 압력이 상승되고 그 증기를 응축시키게된다. 그 다음엔 이로써 반응물이 분해되고 반응은 정지된다. 따라서, 최소한 주기적으로 증기를 제거함이 바람직하며 계속적인 제거가 가장 바람직한 것이다.The reaction mixture is heated to steam the treated output, and the steam and the product are recovered from the reaction zone, cooled and separated. If desired, the product can be separated into a series of distillate and a heavy (high boiling) fraction that is recycled for aftertreatment. Steam and vaporized products do not have to be recovered or recovered at all. However, without periodic recovery, the pressure rises and condenses the vapor. Thereafter, the reactants are decomposed and the reaction is stopped. Therefore, it is desirable to remove the steam at least periodically and continuous removal is the most desirable.

처리는 어떤형태의 장치에서나 실시될 수 있다. 예를들면, 탱크반응조도 사용할 수 있다. 생성유분을 상부에서 분리되도록 하는 컬럼반응조 또한 사용할 수 있다. 이 공정은 연속적으로 또는 베취양식으로 하나이상의 반응관계로 진행될 수 있다. 탱크반응조는 일반적으로 베취식으로 조작되고 컬럼반응조는 연속조작된다.The processing can be carried out in any type of apparatus. For example, tank reactors may also be used. Column reactors may also be used which allow the product fraction to be separated at the top. This process can be carried out in one or more reactions, either continuously or in batch mode. Tank reactors are generally operated batchwise and column reactors are operated continuously.

바람직한예에서는 황화수소도 반응영역에 공급되어 반응혼합물과 접촉된다. 이황화수소는 반응물의 일부분을 재생성시키며 생산성을 더욱 높여준다. 후술하는 바와 같이 황화수소는 처리중에 생성되며, 증기 및 기화된 생성물과 함께 회수된다. 회수된 황화수소를 반응영역에 재순환시키면 커다란 이점이된다.In a preferred embodiment, hydrogen sulfide is also supplied to the reaction zone and brought into contact with the reaction mixture. Hydrogen disulfide regenerates part of the reactants and further increases productivity. As described below, hydrogen sulfide is produced during the treatment and is recovered with the vapor and vaporized product. Recycling the recovered hydrogen sulfide to the reaction zone is a great advantage.

반응온도는 비교적 낮은온도로서 약 40 내지 410℃이다. 특정한 물질예. 감압잔사분)에 대해서는 온도가 비교적 높아져야(370℃ 정도) 반응이 일어난다. 압력은 대기압이상 필요가 없지만, 예컨대, 컬럼형태의 반응조의 지름(및 비용)을 줄이기 위해 그 이상의 압력을 사용하는 기술적고안이 참작될 수 있다. 어떠한 조건이 사용되든지, 그 조건들은 증기의 많은 양을 응축시키지 말아야하는 것이어야하고 바람직하게는 증기를 전혀 응축시키지 않는 것이 필수적이다.The reaction temperature is relatively low and is about 40 to 410 캜. Specific substances. For the reduced pressure residue), the reaction occurs only when the temperature is relatively high (about 370 ° C). The pressure does not need to be above atmospheric pressure, but a technical design that uses more pressure, for example, to reduce the diameter (and cost) of the columnar reactor may be considered. Whatever conditions are used, the conditions should be such that they do not condense a large amount of steam, and preferably it is essential not to condense the vapor at all.

사용반응물은 수소이외의 주기율 제1A족 원소의 수황화물, 단일 황화물(모노설파이드)다중황화물(폴리설파이드)의 수화물을 사용한다. 프란슘과 세슘화합물은 일반적으로 사용하지않는다. 그러므로, 나트륨, 칼륨, 리튬루비듐화합물을 흔히 사용한다. 칼륨, 루비듐, 나트륨화합물이, 바람증하며, 칼륨이 가장 바람직하다. 14% 수산화루비듐, 29% 수산화칼륨, 57% 수황화나트륨에 대해 3당량의 황화수소의 수화물로 이루어지는 반응물이 가장 효과적인 것으로 나타났다.The reactants used are hydrates of monosulfide (monosulfide) polysulfides (polysulfides) and hydrosulfides of periodic group 1A elements other than hydrogen. Francium and cesium compounds are not commonly used. Therefore, sodium, potassium, lithium rubidium compounds are often used. Potassium, rubidium and sodium compounds are windy and potassium is most preferred. For 14% rubidium hydroxide, 29% potassium hydroxide and 57% sodium hydrosulfide, the reaction consisting of 3 equivalents of hydrogen sulfide hydrate was found to be most effective.

반응중에, 낮은온도에서 반응물은 실제로 알카리금속의 황화물(단일 및 다중황화물) 및 수황화물의 수화물의 혼합물이고, 반응중에는 이러한 3가지 황함유형태가 상호변화한다(반응온도가 상승함에따, 라 그 분해온도를 초과하게되므로 이들중 일부형태가 사라진다).During the reaction, at low temperatures the reactants are actually mixtures of sulfides (single and polysulfides) of alkali metals and hydrates of hydrosulfides, and these three sulfur-containing forms change mutually during the reaction (as the reaction temperature rises, Some forms of these disappear as the decomposition temperature is exceeded).

따라서, 반응물은 수황화물 수화제 또는 하나이상의 황화물 수화제 또는 수황화물과 황화물의 수화제의 혼합물로서 반응영역에 시초에 투입된다. 수화제 반응물이 반응영역에서 만들어 질 수 있지만, 수화물 형태로 투입하는 것이 바람직하다(알카리금속 수황화물과 단일 및 다중황화물의 각각은 하나이상의 수화물을 가질 수 있으며, 다른명기가 없는한, "수화물"은 모든수화물을 의미한다). 특히, 칼륨계열을 예로들면, 칼륨의 6가지 황화물 K2S, K2S2, K2S3, K2S4, K2S5, K2S6와 하나의 수황화물, KSH가 있다. 가장 많은수의 황원자를 함유한 분자(즉, K2S6)는 황에대해 "포화"되어있고 그 이하의 황원자를 함유한 분자는 황에 대해 비교적 "불포화"된 것으로 간주될 수 있다.Thus, the reactants are initially introduced into the reaction zone as a hydrosulfide hydrate or one or more sulfide hydrates or a mixture of hydrosulfides and sulfides. Although hydrated reactants can be made in the reaction zone, it is preferred to add hydrates (alkali metal hydrides and single and polysulfides can each have more than one hydrate, unless otherwise specified, "hydrate" Means all hydrates). In particular, examples of potassium series include six sulfides K 2 S, K 2 S 2 , K 2 S 3 , K 2 S 4 , K 2 S 5 , K 2 S 6 and one hydrosulfide, KSH. . Molecules containing the highest number of sulfur atoms (ie, K 2 S 6 ) may be considered “saturated” for sulfur and molecules containing sulfur atoms below it are relatively “unsaturated” for sulfur.

단일황화칼륨(포타슘 모설파이드, K2S)을 예르들면 이것은 5수화(물펜타하이드레이트(로 결정화된다. 162℃의 반응조건에서 5수화물은 2수화물(디하이드레이트)로 분해되고 K2S 당 3몰의 물이 유리되는 것을 볼 수 있다. 265-270℃에서는 다시 분해되어 그 이하의 수화물이 되고 물이 유리된다. 수화된 일부의 물은 948℃의 융점까지 남아있을 것으로 보인다. 분리온도에서 물이 유리되는 것은 결합수 또는 수화물(水)과 유사한 연합수가 존재함을 증명하는 것이다.For example, potassium monosulfide (potassium mosulfide, K 2 S), which is crystallized to pentahydrate (mulpentahydrate). The pentahydrate decomposes into a dihydrate (dihydrate) at a reaction condition of 162 DEG C and 3 per K 2 S It can be seen that the mole of water is liberated at 265-270 ° C., which breaks down again to become a hydrate below it and the water is freed. This is to prove the presence of bound or hydrated combined water.

본 방법공정은 수소화되고 하이드로크래킹되면서 탈질형되고 탈금속화되는 것이다. 질소는 암모니아 증기로서 시스템에서 이탈한다. 제거된 금속은 바나듐, 니켈, 코발트, 카드뮬을 함유하는 데 반응영역에서 남는 반응물에 남아있다. 또한, H2S가 공-급되거나 낮은 황-포화반응물을 사용하면 그 공정이 또한 탈황된다.The process is denitrified and demetallized while hydrogenated and hydrocracked. Nitrogen leaves the system as ammonia vapor. The removed metals contain vanadium, nickel, cobalt and cadmium and remain in the reactants remaining in the reaction zone. In addition, the process is also desulfurized if H 2 S is co-grade or low sulfur-saturated reactants are used.

반응영역에서, 알카리금속에 대한 황의 전체비율이 증가하면(탄소질물질의 황을 포함) 크래킹의 가혹도와 탈황을 감소시킨다. 알카리금속에 대한 낮은 황의 비율은 크래킹의 가혹도와 탈황화를 증가시킨다. 황화수소를 공-공급할 때 그 첨가시기가 또한 크래킹의 가혹도에 영향을 준다. 모든액체물(약 110-135℃에서)의 제거전에 첨가를 개시하면 크래킹의 가혹도를 감소시킨다; 제거후에 첨가를 개시하면 크래킹의 가혹도를 증가시킨다.In the reaction zone, increasing the overall ratio of sulfur to alkali metals (including sulfur of carbonaceous material) reduces the severity and cracking of cracking. Low sulfur to alkali metals increase cracking severity and desulfurization. The timing of addition when co-feeding hydrogen sulfide also affects the severity of cracking. Initiating addition prior to removal of all liquids (at about 110-135 ° C.) reduces the severity of cracking; Starting addition after removal increases the severity of cracking.

칼륨반응물에 대해서, 0.5/1(100% K2S에 해당) 내지 2.5/(100% K2S5에 해당)의 비율로 사용한다. 그러나, 대부분의 탄소물질에 대하여 더욱 유용한 범위가 0.55/1 내지 1.5/1이고 바람직한 범위는 0.75/1 내지 1/1이다. 바람직한 범위의 한계는 K2S1·5(0.75/1)과 K2S2(1/1)으로 생각된다. 나트륨계열에 대한 범위는 0.55/1 내지 1/1이다. 낮은비율은 감압잔사유와 같이 크래킹되기 어려운 물질이 공정될 때 필요할 것이다. 결합된 반응물과 탄소물질의 알카리금속에 대한 황비율이 매우 낮으면, 황을 첨가할 수 있고; 매우 높으면, 부가적인 불포화된 반응물을 첨가할 수 있다.For the potassium reactant, it is used at a ratio of 0.5 / 1 (corresponding to 100% K 2 S) to 2.5 / (corresponding to 100% K 2 S 5 ). However, for most carbon materials, the more useful range is 0.55 / 1 to 1.5 / 1 and the preferred range is 0.75 / 1 to 1/1. The limits of the preferred range are considered K 2 S 1 · 5 (0.75 / 1) and K 2 S 2 (1/1). The range for sodium series is 0.55 / 1 to 1/1. Low ratios will be needed when materials that are difficult to crack, such as vacuum residues, are processed. If the sulfur ratio of the reactant and carbon material to the alkali metal is very low, sulfur may be added; If very high, additional unsaturated reactants may be added.

사용한 반응물의 양은 원료와 적합하게 접촉하고 필요한 반응속도를 내기위해 충분해야한다. 소정량의 촉매로 공정될 수 있는 원료의 최대량이 공지되어 있지는 않지만 감압잔사유 500g의 정도를 KHS9.5g으로 처리한다.The amount of reactants used should be sufficient to make proper contact with the raw material and to achieve the required reaction rate. Although the maximum amount of raw material that can be processed with a predetermined amount of catalyst is not known, the degree of 500 g of the vacuum residue is treated with KHS9.5 g.

반응물은 몇가지 방법으로 제조할 수 있다. 바람직한 칼륨반응물의 제조를 예시하고 자한다. 우선 15%과량의 황을 액체암모니아 중의 칼륨에 가한다. 이것은 황화칼륨 수화물을 생성한다. 일부의 상기 수화물을 부가적인 황과 반응시켜 펜타설파이드 수화물을 제조한다. 그 두 수화물을 결합하여 사용한다.The reactants can be prepared in several ways. It is intended to illustrate the preparation of preferred potassium reactants. First, an excess of 15% sulfur is added to potassium in liquid ammonia. This produces potassium sulfide hydrate. Some of these hydrates are reacted with additional sulfur to produce pentasulfide hydrates. Use these two hydrates in combination.

무번째 방법은 물중에 수산화칼륨을 용해하고 저비점알콜(예. 에탄올, 프로판올-1)을 충분하게 가하여 무층을 이루도록한다. 예를들면, 1그램몰의 KOH는 2 그램몰의 물에 용해된다. 2개의 층을 형성하기 위해 충분한 알콜(예. 에탄올 또는 이것이상의 고급알콜)을 가한다(총부피는 160ml 이한) 그리고 필요한 S/K 비율이 되도록 황원자를 가한다.The fifth method dissolves potassium hydroxide in water and adds low boiling alcohol (eg ethanol, propanol-1) to form a layer. For example, 1 gram molar KOH is dissolved in 2 gram moles of water. Sufficient alcohol (e.g. ethanol or higher alcohols thereof) is added to form two layers (total volume less than 160 ml) and sulfur atoms are added to the required S / K ratio.

이 무번째 방법은 거의 황화물의 수화물만을 생성하고 수황화물은 거의 생성하지 않는다. 생성된 극소량의 수황화물은 알콜층에 남고, 물층은 황화물만을 포함한다. 물층의 황화물은 수소처리과정에서 연속적으로 사용된다.This fifth method produces almost sulfide hydrates and few hydrosulfides. The resulting traces of hydrosulfide remain in the alcohol layer and the water layer contains only sulfides. Sulphides in the water layer are used continuously in hydrotreating.

세번째 방법(바람직한 방법)은 알콜중에 수산화칼륨을 용해시키는 데 KOH는 용해된후 황화수소용액과 접촉시킨다. 알콜은 일차알콜로서, 메탄올과 에탄올이 바람직한데 KOH가 다른 고급알콜보다 이러한 알콜에 더 잘 용해하기 때문이다. 생성된 혼합물은 수황화칼륨 수화물을 함유한다(이 방법은 또한 루비듐 반응물을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 수황화 나트륨 반응물은 이런방법으로 제조되지 않고 대신, 상업시판 되는 NaSH수화물의 박편이 직접 반응영역에 투입될 수 있다). 바람직한 방법에 의한 수황화칼륨 수화물의 제조는 다음과 같다. 1 ℓ눈금표시의 실린더 2개에 에탄올을 600ml가 조금못되게 채우고 수산화 칼륨 3그램-몰을 그 각각에 용해시킨다. 황화수소원은 KOH-에탄올용액의 밑바닥 부근까지 H2S가 주입되도록, 제1실린더에 연결한다. 제1실린더로부터 발생한 증기는 제2 실린더에 유인시켜 그 용액의 바닥가까이에 들여보낸다. 하기의 총체적인 반응이 일어난다 :The third method (preferably) dissolves potassium hydroxide in alcohol, in which KOH is dissolved and then contacted with hydrogen sulfide solution. Alcohols are preferred as methanol and ethanol, because KOH is more soluble in these alcohols than other higher alcohols. The resulting mixture contains potassium hydrosulfide hydrate (this method can also be used to prepare rubidium reactants. Sodium hydrosulfide reactants are not prepared in this way, but instead commercially available flakes of commercially available NaSH hydrate Can be committed to). The preparation of potassium hydrosulfide hydrate by the preferred method is as follows. Two 1-liter cylinders are filled with less than 600 ml of ethanol and 3 gram-mole of potassium hydroxide is dissolved in each of them. The hydrogen sulfide source is connected to the first cylinder so that H 2 S is injected into the vicinity of the bottom of the KOH-ethanol solution. Vapor generated from the first cylinder is attracted to the second cylinder and introduced near the bottom of the solution. The following overall reactions occur:

H2S + KOH = KHS + H2OH 2 S + KOH = KHS + H 2 O

이 반응은 급속히 일어나므로 H2S 유출속도가 너무 낮으면, 각 실린더의 용액은 그 각 증기공급관에 잔류될것이다. H2S가 제2실린더로 통과되고 제1실린더에서 침전물이 용해되고 제1실린더의 온도가 22℃이하로 하강된 후 일차실린더에로의 가스유출이 정지된다. 이 온도에서, 제1실린더는 양질의 반응물 에탄올중의 수황화칼륨 2수화물(KHS. 2H2O)을 포함하고 이것은 계로부터 제거되어 봉해진다.This reaction occurs rapidly, so if the H 2 S outflow rate is too low, the solution in each cylinder will remain in its respective steam supply line. After H 2 S passes through the second cylinder, the precipitate is dissolved in the first cylinder, and the temperature of the first cylinder is lowered to 22 ° C or lower, and then the gas flow to the primary cylinder is stopped. At this temperature, the first cylinder contains potassium hydrosulfide dihydrate (KHS. 2H 2 O) in high quality reactant ethanol, which is removed from the system and sealed.

바람직한 방법에 의해 제조된 칼륨반응물을 사용하는 본 발명에 의한 탄소질 물질처리를 위한 전형적인 배치공정은 하기와 같다(석유는 탄소물질이다). 오일을 반응용기에 투입하고 오일을 가열하면서 교반시키기 위해 오일내에 질소(또는 다른불환성 기체)를 계속적으로 공급한다(마그네틱교반기와 같은 기계적방법이기체교반 대신 사용될 수 있다, 황이 알칼리 금속에 대한 황비율상승을 위해필요하면, 이점에서 황을첨가한다. 그리고 반응혼합물(에탄올중의 수황화칼륨 2수화물)을 가한다 (또는, 과외의 황을 오일보다는 반응혼합물에 가할 수 있다). 온도는 약 130℃로 상승시키고, 증기를 공급한다. 증기유출은 오일표면상에 보이는 기포를 발생시키기에 충분할 정도로한다. 증기가 충분한 교반을 제공한다면 질소공급이 중지될 수 있다.A typical batch process for the treatment of carbonaceous materials according to the present invention using potassium reactants prepared by the preferred method is as follows (petroleum is carbon material). The oil is introduced into the reaction vessel and continuously supplied with nitrogen (or other inert gas) into the oil to stir while heating the oil (a mechanical method such as a magnetic stirrer can be used instead of stirring the substrate, sulfur to alkali metals) If necessary to increase the ratio, sulfur is added at this point, and the reaction mixture (potassium hydrosulfide dihydrate in ethanol) is added (or extra sulfur may be added to the reaction mixture rather than oil). The temperature is raised to 130 ° C. and the steam is supplied The steam outflow is sufficient to generate bubbles visible on the oil surface The nitrogen supply can be stopped if the steam provides sufficient agitation.

상부의 증기는 계속회수되고, 다양하게 반응혼합물로 부터 물과 알콜, 반응으로부터 증기, 황화수소와 처리로부터의 기화 및비응축성 탄화수소 산물이 포함된다. 상부증기는 냉각수로 냉각되고 산출된 응축물은 액체-액체 분리기로 보내진다. 비응축된 증기는 콜드트랩(예. -50.6℃)에 보내어져, 추가적으로 탄화수소 생성물이 회수된다.The upper steam continues to be recovered and variously contains water and alcohol from the reaction mixture, steam from the reaction, vaporized and non-condensable hydrocarbon products from treatment with hydrogen sulfide. The upper steam is cooled with cooling water and the resulting condensate is sent to a liquid-liquid separator. The non-condensed vapor is sent to a cold trap (eg -50.6 ° C.) to further recover the hydrocarbon product.

반응조내의 오일의 온도가 상승됨에 따라, 여러가지 상부 생성물이 상부계에서 회수된다. 오일내에 공급한 질소는 반응물을 가하자마자(약 40℃에서) 반응물에 결합된 물과 알콜을 분리시키기 시작한다. 90℃에서, 분리된 탄화수소층의 첫번째 방울이 액체-액체 분리기에 보인다 : 그러나, 그전에 생성된 경탄화수소(예. 3-, 4-, 5-, 6-탄소원자 화합물)는 이미 상부로 가하고 최소한 그 일부분이 분리기내의 알콜에 용해되어있다.As the temperature of the oil in the reactor rises, various top products are recovered in the top system. The nitrogen supplied in the oil begins to separate the alcohol and the water bound to the reactants as soon as the reactants are added (at about 40 ° C.). At 90 ° C., the first drop of separated hydrocarbon layer is seen in the liquid-liquid separator: however, the previously produced light hydrocarbons (eg 3-, 4-, 5-, 6-carbon atom compounds) have already been added to the top and at least Part of it is dissolved in alcohol in the separator.

135℃에서, 반응혼합물로부터 알콜과 물의 증류가 대체로 완료된다. 분리기내의 물-알콜층을 회수하여 증기를 공급하는 증기발생기에 재순환시키는 것이 바람직하다. 결국 경탄화수소를 반응용기로 반환시킴으로써 그들이 다시 생성되는 것을 억제하는 것이다. 또는, 물과 알콜이 분리되어 물만이 증기발생기로 재순환될 수 있다. 이것은 재순환알콜의 재기화에 의해 반응조에서 발생하는 "돌비현상"을 방지한다.At 135 ° C., the distillation of alcohol and water from the reaction mixture is usually complete. Preferably, the water-alcohol layer in the separator is recovered and recycled to a steam generator that supplies steam. Eventually, by returning the light hydrocarbons to the reaction vessel, they prevent them from being produced again. Alternatively, water and alcohol can be separated so that only water can be recycled to the steam generator. This prevents the "Dolby phenomenon" that occurs in the reactor by the regasification of the recycled alcohol.

오일의 온도는 계속적으로 상승하거나 또는(증기유출의 약 130℃에서 시작된 후) 한가지 이상의 온도로 유지될 수 있다. 하기의 I표 S/K 은비율 1/1이 인칼륨수화물을 사용하여 수소 11.75중량%를 갖는 경질원유를 공정할때에 액체-액체분리기내에서 회수된 생성물의 양을 나타내며, 오일은 약 140℃ 이상의 그 각각의 온도에서 15분간 유지된다.The temperature of the oil may be continuously raised (after starting at about 130 ° C. of the steam outflow) or maintained at one or more temperatures. Table I below shows the amount of product recovered in the liquid-liquid separator when processing a light crude oil having a silver ratio 1/1 of 11.75% by weight hydrogen using potassium hydrate, the oil being about 140 It is kept for 15 minutes at its respective temperature of < RTI ID = 0.0 >

[표 1]TABLE 1

Figure kpo00001
Figure kpo00001

반응조내의 잔사유는 공급오일의 2중량% 이내이다. 이 공정진행중 생산물이 약4.7g이 -50.6℃ 콜드트랩에서 회수된다. 나프텐산고함량 오일을 제외하고 배치내에서 어떠한 경유가 공정되더라도 여러생산유분의 황함량은 일정범위로 제한된다. 하기표 II는 이들 예상수치를 나타낸다("140℃ 이하 유분"은 오일온도가 140℃ 이하일 동안 회수된 탄화수소물질이다. "140-170℃ 유분"은 오일온도가 140-170℃일 때 회수된 물질이다. 이하 등등).Residual oil in the reactor is within 2% by weight of the feed oil. Approximately 4.7 g of product is recovered in the -50.6 ° C cold trap during this process. With the exception of high naphthenic acid oils, no matter what diesel is processed in the batch, the sulfur content of the various production fractions is limited to a certain range. Table II below shows these expected values ("oil below 140 ° C." is the hydrocarbon material recovered during the oil temperature below 140 ° C. "140-170 ° C. fraction" is the material recovered when the oil temperature is 140-170 ° C.). And so on).

Figure kpo00002
Figure kpo00002

공정순서에서 여러가지 변화가 가능하다. 하나이상의 산출 유분은 크래킹하기 위해서 반응조내로 재순환될 수 있다. 예를들면, 140℃ 이상의온도에서의 산출물 전부를 재순환할 수 있고 기본적으로 140℃의 순수생성유분만을 생산할 수 있다.Various changes are possible in the process sequence. One or more of the output fractions may be recycled into the reactor for cracking. For example, it is possible to recycle all of the output at temperatures above 140 ° C. and basically produce only 140 ° C. pure water.

다른변화는 수화반응물을 재생하는 것이다. 이것은 반응조로 부터 회수된 증기류에서 황화수소를 회수하여 반응조내에 남은 칼륨 화합물을 처리하는 것을 포함한다. 증기중의 H2S를 회수하기 위해서 반응조상부를 냉각기로 연결시키고, 응축된 물질을 알콜세척소로 통과시켜 경질탄화수소를 제거하는데, 경탄화수소가 다음단계에서 황화수소 회수를 방해하기 때문이다. (알콜세척용액은 증기발생기로 재순환시킬 수 있다).Another change is to regenerate the hydration reactant. This involves recovering hydrogen sulfide from the steam stream recovered from the reactor and treating the potassium compound remaining in the reactor. In order to recover H 2 S in the steam, the reaction vessel is connected to a cooler, and the condensed material is passed through an alcohol washing plant to remove light hydrocarbons, because the light hydrocarbons prevent the recovery of hydrogen sulfide in the next step. (The alcohol wash solution can be recycled to the steam generator).

H2S를 함유하는 잔류가스는 알칼리금속 수산화물/알콜용액으로 공급하는데 이용액은 알카리금속 수황화물 또는 황화물의 수화물을 재생성할때 이 가스류에서 황화수소를 제거한다. 바람직하게, 복단계의 H2S 스크루버가 사용되고 최종단계에서 유출되는 증기는 황화수소를 함유하지 않는다. 반응조에서 칼륨을 회수하고 (칼륨 반응물이 사용되었을 경우) 그 반응물을 재생하기 위해(반응중에 생성된) 다중황화물과 금속 화합물을 포함하는 고체가 반응조로부터 회수되고 칼륨 1몰당 약 3몰의 물을 가하여 수용액을 만든다. 임의로, 알콜을 수용액의 부피이하로 가한다. 그 알콜은 연속적 공정중 반응전구물질을 안정시킨다. 혼합물을 22℃ 이하로 냉각시키면 알카리 금속 수산화물의 일부가 생성되고, 작동반응조로부터 재순환된 H2S는 냉각되면서 그 혼합물로 주입된다. 황이 침전되면 액체를분리시킨다. 그 액체를 가열하여 대부분의 물과 알콜을 제거하고 칼륨 수화 용융물을 남긴다.Residual gas containing H 2 S is supplied to the alkali metal hydroxide / alcohol solution which removes hydrogen sulfide from this gas stream when regenerating the alkali metal hydrosulfide or sulfide hydrate. Preferably, a double stage H 2 S scrubber is used and the steam flowing out in the final stage does not contain hydrogen sulfide. To recover potassium from the reactor (if a potassium reactant was used) and to recover the reactant (solid formed during the reaction), a solid containing polysulfide and a metal compound was recovered from the reactor and added about 3 moles of water per mole of potassium. Make an aqueous solution. Optionally, alcohol is added below the volume of the aqueous solution. The alcohol stabilizes the reaction precursor in a continuous process. Cooling the mixture to 22 ° C. or lower produces a portion of the alkali metal hydroxide, and H 2 S recycled from the operation reactor is cooled and injected into the mixture. If sulfur precipitates, the liquid is separated. The liquid is heated to remove most of the water and alcohol and leave a potassium hydration melt.

칼륨반응물의 경우에 105-110℃로 가열하여 약 35중량%의 결합수를 함유한 수화용융물을 남긴다. 그 용융물을 겨우 충족될 양의 저비점 알콜(바람직하게는 메탄올 또는 에탄올)에 용해하여 포화용액을 제조한다(더욱 희석된 용액이 사용될 수 있지만 과잉의 알콜을 증발시키기 위해 부가적인 에너지가 요구된다). 칼륨반응물의 경우에 주변온도에서 메탄올 또는 에탄올 150ml가 KHS 1그램몰을 용해시키는데 필요하다. 황화수소는 60℃ 이상의 온도에서 용액으로 주입시켜, 알콜내의 수화반응물용액을 만든다. 그 용액은 수소처리 반응조에서 사용되도록 준비된다. 그러나, 바람직하게 그 용액은 우선 탄화수소 생성물을 세척하기 위해 사용된다. 이것은 증류물을 정화시키고 거기에 있는 유리황을 제거하며 그 반응물의 유효성을 향상시킬 수 있다.In the case of potassium reactants, it is heated to 105-110 ° C. to leave a hydrated melt containing about 35% by weight of bound water. The melt is only dissolved in a low enough boiling point of alcohol (preferably methanol or ethanol) to produce a saturated solution (more dilute solutions may be used but additional energy is required to evaporate excess alcohol). In the case of potassium reactants, 150 ml of methanol or ethanol at ambient temperature are needed to dissolve 1 gram of KHS. Hydrogen sulfide is injected into the solution at a temperature above 60 ° C. to form a hydrated reactant solution in alcohol. The solution is prepared for use in a hydrotreating reactor. However, preferably the solution is first used to wash the hydrocarbon product. This can purify the distillate, remove the free sulfur present therein and improve the effectiveness of the reactants.

한예에서, 황화수소가 반응조로 공급된다. H2S는 분명히 반응물의 분해 또는 탈황성화를 억제하는 경향이 있고 H2S의 유출이 개시되는 때에따라 크래킹의 가혹도가 증가 또는 감소되는 수가 있다. 유리하게 사용될수 있는 황화수소의 최소 및 최대 량은 현재까지는 공지되어 있지 않다.In one example, hydrogen sulfide is fed to the reactor. H 2 S clearly tends to inhibit decomposition or desulfurization of the reactants and may increase or decrease the severity of cracking as the outflow of H 2 S begins. The minimum and maximum amounts of hydrogen sulfide that can advantageously be used are not known to date.

[실시예 1]Example 1

텍사스 원유 164.5g, 황 2g, 15.2g의 KHS와 7.6g의 물(수화물에 결합된 것)을 함유하는 메탄올용액 40ml를 플라스크에 넣고 그 액체표면밑으로 밑바닥 부근까지 질소를 주입시켜 교반시킨다. 플라스크를 맨틀히터로 가열하고 증기를 플라스크내용액속으로 주입한다. 증기유출은 액체온도가 약 120℃일때 개시한다. 상부증기를 냉수응축기로 보내고 그 응축물을 플라스크에서 수거한다. 가동중, 물 냉각된 응축기로부터 메탄-물 응축물을 증기발생기로 주기적으로 반송시킨다. 여러다른 오일온도에서의 탄화수소 응축물(유분)을 주기적으로 제거하고 분석한다. 비응축된 증기는 메탄올 100ml중의 0.5mole KOH용액(모든 H2S제거)과 물스쿠루버(메탄올제거)와 이소프로판올-드라이아이스베취 (일부의 경질 탄화수소제거)로 통과시킨다. 원유 및 그 산출유분의 분석은 하기와 같다.40 ml of a methanol solution containing 164.5 g of Texas crude oil, 2 g of sulfur, 15.2 g of KHS, and 7.6 g of water (bonded to a hydrate) are placed in a flask and stirred by injecting nitrogen under the liquid surface to the bottom. The flask is heated with a mantle heater and steam is injected into the flask contents. Steam outflow is initiated when the liquid temperature is about 120 ° C. The upper steam is sent to a cold water condenser and the condensate is collected from the flask. In operation, the methane-water condensate is periodically returned from the water cooled condenser to the steam generator. Periodically remove and analyze hydrocarbon condensate (oil) at different oil temperatures. The non-condensed vapor is passed through a 0.5 mole KOH solution (all H 2 S removed), water scubaber (methanol removed) and isopropanol-dry ice bezel (some light hydrocarbons removed) in 100 ml of methanol. The analysis of crude oil and its output fraction is as follows.

Figure kpo00003
Figure kpo00003

반응플라스크내에 탄화수소 잔사유가 없고, 콜드트랩으로부터의 응축물은 22ml이다.There is no hydrocarbon residue in the reaction flask and the condensate from the cold trap is 22 ml.

이 데이타는 수소화, 탈질화, 탈황화 공정을 나타낸다. 모든 산출유분은 원유보다는 많이 결합된 수소를 그리고 질소와 황은 원유보다 적게 함유하고 있다.This data represents the hydrogenation, denitrification, and desulfurization processes. All output fractions contain more hydrogen than crude oil and less nitrogen and sulfur than crude oil.

[실시예 2]Example 2

알라스카 원유 200ml을 135℃에서 증기유출을 개시하고 콜드트랩을 사용하지 않는 것외에는 실시예 1과 동일하게 처리한다. 원유와 산출물의 분석치는 하기와같다(플라스크내에서 오일잔사유가 존재하지 않는다).200 ml of Alaska crude oil is treated in the same manner as in Example 1 except that the steam outflow is started at 135 ° C. and no cold trap is used. The analytical values for crude oil and outputs are as follows (no oil residues are present in the flask).

Figure kpo00004
Figure kpo00004

[실시예 3]Example 3

트리니다드 원유 175g을 KHS 11.4g과 물 5.7g(수화물에 결합되어 있다)을 함유하는 메탄올 반응물용액 30ml로 처리한다. 나프텐산 함량이 높으므로 이 오일은 물에의해 저질화되기쉽다. 그러므로, 최소량의 증기를 사용하고(그 증기발생기는 99℃로 해면에서 유지 시킨다) 기체수소를 또한 가한다. 원유와 생성물의 분석치는 하기와 같다.175 g of Trinidad crude is treated with 30 ml of a methanol reactant solution containing 11.4 g KHS and 5.7 g water (bound to hydrate). Due to the high content of naphthenic acid, this oil is likely to be degraded by water. Therefore, a minimum amount of steam is used (the steam generator is kept at sea level at 99 ° C.) and gaseous hydrogen is also added. Analytical values of crude oil and product are as follows.

Figure kpo00005
Figure kpo00005

장치배열 때문에, 수소는 바닥의1물질과 접촉하도록 반응플라스크의 바닥에까지 충분히공급할 수 없다 ; 그러므로 20%의 잔사유가 존재한다.Because of the device arrangement, hydrogen cannot be supplied sufficiently to the bottom of the reaction flask to contact the bottom one material; Therefore, 20% residue remains.

[실시예 4]Example 4

졍질의 아랍원유 150g, 황 2g, KHS 15.6g과 물 7.8g (수화물에 결합된것)을 함유하는 메탄올용액 40ml를 반응플라스크에 넣고 실시예 1에서와 같이 진행하는데 증기의 유출은 130℃에서 시작한다. 원유와 수거된 산출생성물의 분석치는 하기와 같다.40 ml of methanol solution containing 150 g of crude Arab crude oil, 2 g of sulfur, 15.6 g of KHS, and 7.8 g of water (bonded with a hydrate) were added to the reaction flask and proceeded as in Example 1, and the vapor flow started at 130 ° C. do. The analytical values of the crude oil and the collected output products are as follows.

Figure kpo00006
Figure kpo00006

[실시예 5]Example 5

감압잔사유(593℃의 감압하에 최초비점으로 산출)와 KHS의 메탄올용액 (0.47g KHS/ml용액)을 플라스크에 넣는다. 주변온도에서부터 170℃까지 내용물을 가열하면서 질소공급으로교 반하는데 170℃에 이르면 질소공급을 정지시키고 증기유출을 시작한자. 잔사유의 온도가 400℃에 이르면 이 작동을 중지하는 데, 이때 플라스크에 남은 잔사유는 처음에 투입된 것의 51%이다. 잔사유와 두 증류물의 분석치는 하기와 같다.Put the residue under reduced pressure (calculated at the initial boiling point under reduced pressure at 593 ° C) and methanol solution of KHS (0.47 g KHS / ml solution) into the flask. After heating the contents from ambient temperature to 170 ℃ and stirring the contents with nitrogen supply, when the temperature reaches 170 ℃, the nitrogen supply is stopped and steam is released. This operation is stopped when the temperature of the residue reaches 400 ° C., with the remaining residue in the flask being 51% of the original charge. Analytical values of the residue and the two distillates are as follows.

Figure kpo00007
Figure kpo00007

[실시예 6]Example 6

실시예 5의 감압잔사유를 KHS 반응물로 다시 처리하는데 주변온도에서 240℃까지 수소를 공급하면서 교반한다. 증기는 170℃부터 유출시킨다. 425℃에서 이 작용을 정지시키는데, 이때 반응조내에 남은 코우크스물질은 최초투입된 잔사유의 9%에 달한다. 플라스크내 잔사유와 수거된 두개의 증류물의 분석치는 하기와 같다.The reduced pressure residue oil of Example 5 was again treated with a KHS reactant and stirred while supplying hydrogen up to 240 ° C. at ambient temperature. The vapor flows out at 170 ° C. This action is stopped at 425 ° C, with the remaining coke content in the reactor reaching 9% of the original residue. Analytical values of the residue in the flask and the two distillates collected are as follows.

Figure kpo00008
Figure kpo00008

비응축 가스류의 크로마토그래피 분석은 30.52%의 탄화수소가 함유된 것을 나타내며 그 분석은 하기와 같다.Chromatographic analysis of the non-condensable gas stream indicated that 30.52% of hydrocarbons were contained and the analysis is as follows.

Figure kpo00009
Figure kpo00009

가스류의 나머지(69.48%)는 가스크로마토그라피관내의 공기로 간주된다. 응축증류물은 매우 가볍고 #2가열오일 또는 디젤연로 보다 가볍다. 또한 유출가스 스쿠루버내의 KOH의 알콜용액을 포함하는 침전물이 없다는 것은 이산화탄소가 반응조내에 거의 생성되지 않음을 나타낸다.The remainder of the gas stream (69.48%) is considered to be air in the gas chromatography tube. Condensate distillates are very light and lighter than # 2 heated oil or diesel fuel. In addition, the absence of a precipitate containing an alcohol solution of KOH in the effluent gas scubaber indicates that little carbon dioxide is produced in the reactor.

[실시예 7]Example 7

감압잔사유 150ml, KHS 수화물을 포함하는 메탄올용액 (0.477g KHS/ml 용액) 22를 반응조에 넣고 가열한다. 주변온도로부터 190℃까지 질소교반하고, 190℃온도에서 질소공급을 중단하며 증기유출을 시작한다. 단일 증린물을 수거하여 물을 제거하기 위해 100℃로 유지한다. 물과함께 증류하지 않는 탄화수소는 "100-425℃ 유분"으로 칭하고 물과함께 증류한 탄화수소는 "100℃이하 유분"으로 칭한다. 잔사유와 두 탄화수소산물과 플라스크내의 잔사유의 분석치는 하기와 같다.150 ml of vacuum residue and a methanol solution (0.477 g KHS / ml solution) 22 containing KHS hydrate were added to the reactor and heated. Nitrogen agitation from ambient temperature to 190 ° C, stops the nitrogen supply at 190 ° C and starts outflow. A single feed is collected and maintained at 100 ° C. to remove water. Hydrocarbons that do not distill with water are referred to as "100-425 ° C fractions" and hydrocarbons that are distilled with water are referred to as "oils below 100 ° C". The analytical values of the residue and the two hydrocarbon products and the residue in the flask are as follows.

Figure kpo00010
Figure kpo00010

[실시예 8]Example 8

실시예 7을 반복하는데, 질소대신 수소를 주변온도로부터 425℃까지 사용한다. 마지막에, 플라스크내에 실시예 7에서와 같은 양(20g)의 잔사유가 남는다. 잔사유와 단일증류물의 분석치는 하기와 같다.Example 7 is repeated, using hydrogen instead of nitrogen from ambient temperature to 425 ° C. Finally, the same amount (20 g) of residual oil as in Example 7 remains in the flask. The analysis values of the residue and the single distillation are as follows.

Figure kpo00011
Figure kpo00011

[실시예 9]Example 9

실시예 7 및 실시예 8의 감압잔사유 160ml와 상품시판 되는 NaHS박편 25g을 반응플라스크에 넣는다. 메탄올을 증기발생기에 가한다. 수소를 공급하면서 교반하고, 220℃부터 증기를 공급한다. 분석결과는 하기와 같다.160 ml of the reduced-pressure residue oil of Example 7 and Example 8 and 25 g of commercially available NaHS flakes were placed in a reaction flask. Methanol is added to the steam generator. It stirs, supplying hydrogen, and supplies steam from 220 degreeC. The analysis results are as follows.

Figure kpo00012
Figure kpo00012

[실시예 10]Example 10

크래킹 잔사유와 KHS수화제의 알콜용액(0.47g KHS/ml용액)을 반응플라스크에 넣는다. 주변온도로부터 190℃까지 질소교반하고 190℃에서 질소공급을 중단하고 증기유출을 개시한다. 마지막에 플라스크내에는 13.3%의 잔사유가 남는다. 단일 증류물을 100℃로 유지시켜 응축된 물을 증기화시킨다. 물과함께 기화된 탄화수소는 회수하고 건조하여 100℃이하에서의 유분이라 명명한다.Add cracking residue and alcohol solution (0.47g KHS / ml solution) of KHS hydrating agent to the reaction flask. Nitrogen agitate from ambient temperature to 190 ° C, stop supplying nitrogen at 190 ° C, and start outflow of steam. Finally, 13.3% of the residue remains in the flask. A single distillate is maintained at 100 ° C. to vaporize the condensed water. Hydrocarbons vaporized with water are recovered and dried and named as oil fractions below 100 ° C.

분석결과는 하기와 같다.The analysis results are as follows.

Figure kpo00013
Figure kpo00013

[실시예 11]Example 11

질소대신 수소를 사용하여 실시예 10을 반복한다. 주변온도로부터 450℃까지의 수소를 사용하고 최소량의 증기를 사용한다. 분석결과는 하기와 같다.Example 10 is repeated using hydrogen instead of nitrogen. Use hydrogen up to 450 ° C from ambient temperature and use a minimum amount of steam. The analysis results are as follows.

Figure kpo00014
Figure kpo00014

[실시예 12]Example 12

상업시판되는 NaHS박편을 반응조에 직접 넣고 실시예 11을 반복한다. 그리고 메탄올을 증기발생기에 가한다. NaHS박편은 원래 수화물형태이다. 분석결과는 하기와 같다.Place commercially available NaHS flakes directly into the reactor and repeat Example 11. Methanol is then added to the steam generator. NaHS flakes are originally in hydrate form. The analysis results are as follows.

Figure kpo00015
Figure kpo00015

[실시예 13]Example 13

크랭킹되고 탈황된 잔사유 125ml, 황 1.8g, KHS수화물의 에탄올유액 (0.24g KHS/ml 용액) 25ml를평평한바닥플라스크에 넣고 이 플라스크를 고온판에 두고 마그네틱교반막대를 넣는다. 플라스크내용물을 교반하고 에탄올과 물을 제거하기 위해 120℃로 가열을 계속한다. 130℃에서 증기공급을 시작하여 325℃까지 계속한다. 분석결과는 하기와 같다.125 ml of cranked and desulphurized residue, 1.8 g of sulfur, 25 ml of ethanol solution (0.24 g KHS / ml solution) of KHS hydrate are placed in a flat bottom flask, and the flask is placed on a hot plate and a magnetic stir bar is added. Stir the flask contents and continue heating to 120 ° C. to remove ethanol and water. Start steam supply at 130 ° C and continue to 325 ° C. The analysis results are as follows.

Figure kpo00016
Figure kpo00016

[실시예 14]Example 14

이 실시예에서는 감압잔사유 처리를 위해 2단계 반응조에 황화수소를 가한다. 수황화칼륨 2수화물의 메탄올용액 50ml (0.38g KHS/ml 용액)을 제1단계반응의 멘틀히터가 장치가 장치된 약 1ℓ실린더에 넣는다. 반응용액 25ml를 멘틀히터가 장치된 그 단계반응의 둥근 플라스크에 넣는다.In this example, hydrogen sulfide is added to a two-stage reactor for the treatment of vacuum residue. 50 ml (0.38 g KHS / ml solution) of methanol solution of potassium hydrosulfide dihydrate are placed in a 1 L cylinder equipped with a mantle heater for the first stage reaction. 25 ml of the reaction solution is placed in a round flask of a step reaction equipped with a mantle heater.

제1단계에 공급하는 H2S가스는 액체표면하에 투입하여 공급관으로 용기 바닥근처까지 주입한다. 비슷하게, 제1단계로 부터의 상부증기는 제2계의 단액체표면으로 공급관에 의해 공급한다. 제2단계로부터의 증기는 냉각하고 수냉장치하에서 부분적으로 응축한다. 우선, 감압잔사유 수백 g을 가열하여 (그 잔사유가 유출될 수 있도록) 제1반응조위에 첨가용기내에 유치시킨다. 잔사유의 일부가 그 반응조 내로 들어가도록 하고 양반응조를 가열한다. 동시에 증기, 질소, 황화수소를 1단계 반응조로 공급한다.The H 2 S gas supplied in the first step is introduced under the liquid surface and injected into the supply pipe near the bottom of the container. Similarly, the upper steam from the first stage is supplied by the supply pipe to the monolithic surface of the second system. The steam from the second stage is cooled and partially condensed under a water cooler. First, several hundred grams of reduced-pressure residue oil is heated (to allow the residue to flow out) and placed in the addition vessel in the first reaction tank. Allow some of the residue to enter the reactor and heat both reactors. At the same time, steam, nitrogen and hydrogen sulfide are fed to the first stage reactor.

H2S유출을 측정할 수는 없으나, 3g-mole/시간으로 산정되었다. 제1단계의 반응온도가 상승됨에 따라 반응물과 함께 가해진 메탄올과 수화성물이 증류되고 2차단계로 들어가는데, 2차단계에서는 물의 응축을, 억제토록 110℃로 한다. 1차단계에서의 반응은 약 370℃온도에서 시작한다. 진행전체과정에서 제1단계의 온도는 370℃로부터 390℃로 상승시키고 제2단계의 반응온도는 110℃로 부터 270℃로 상승시킨다. 총 286g의 잔사유가 제1단계에 가하여지고 10g이하가 최종적으로 제차1단계에 남는다. 감압잔사유와 2차반응단계에 남는 생성물과 수냉기에서 수거된 생성물의 분석은 하기와 같다.H 2 S outflow cannot be measured, but was estimated at 3 g-mole / hour. As the reaction temperature of the first stage is increased, methanol and the hydrating substance added together with the reactant are distilled and enter the second stage. In the second stage, the condensation of water is 110 ° C. The reaction in the first stage starts at about 370 ° C. In the whole process, the temperature of the first step is increased from 370 ° C. to 390 ° C., and the reaction temperature of the second step is increased from 110 ° C. to 270 ° C. A total of 286 g of residue is added to the first stage and less than 10 g is finally left in the first stage. The analysis of the residue under reduced pressure and the product remaining in the secondary reaction stage and the product collected in the water cooler are as follows.

Figure kpo00017
Figure kpo00017

최종생성물은 23℃의 최초비점을 갖고 최고 증류온도는 118℃이다. 비응축 생성물 증기는 약 35g으로 산정되었다. 제 2단계와 최종생성물은 15.4℃에서 감압잔사유의 6.0에 비하여 API각각 17.4와 50.4정도이다. 금속함량은 하기와 같다(수치는 ppm이며 "N/D"는 아무것도 검출하지 않음을 나타낸다).The final product has an initial boiling point of 23 ° C. and a maximum distillation temperature of 118 ° C. Non-condensing product vapor was estimated at about 35 g. The second stage and the final product were 17.4 and 50.4 API respectively compared to 6.0 of the vacuum residue at 15.4 ° C. The metal content is as follows (value is ppm and "N / D" indicates that nothing is detected).

Figure kpo00018
Figure kpo00018

[실시예 15]Example 15

쉐일오일을 KHS수화물의 메탄올용액, 증기질소를 사용하고 H2S는 사용하지 않고 실시예 14의 제1단계반응조에서 처리한다. 쉐일오일, 생성물, 반응조내의 잔사유의 분석결과는 하기와 같다.Shale oil is treated in a first stage reactor of Example 14 using methanol solution of KHS hydrate, vapor nitrogen, and no H 2 S. The analysis results of the shale oil, the product, and the residue in the reactor are as follows.

Figure kpo00019
Figure kpo00019

비응축 휘발물질은 총 43g이다. 금속함량은 하기와 같다(수치는 ppm이며 "N/D"은 검출이 되지 않았음을 나타낸다).The total amount of noncondensing volatiles is 43g. The metal content is as follows (value is ppm and "N / D" indicates no detection).

Figure kpo00020
Figure kpo00020

[실시예 16]Example 16

15.4℃에서 10.5도 API의 중질원유를 반응물, 증기, 황화수소로 실시예 14의 공정과 장치를 사용하여 처리하는데, 2차단계의 반응조를 사용하지 않고 반응용액의 100ml를 사용한다. 단일 생성물은370-390℃에서 얻는다. 원유와 생성물의 분석결과는 하기와 같다. 마지막에 원유의 2%이하가 반응조에 남는다.The heavy crude oil of 10.5 degrees API at 15.4 ° C. is treated with reactants, steam and hydrogen sulfide using the process and apparatus of Example 14, using 100 ml of the reaction solution without the use of a second stage reactor. Single product is obtained at 370-390 ° C. The analysis results of crude oil and product are as follows. At the end, less than 2% of the crude oil remains in the reactor.

Figure kpo00021
Figure kpo00021

생성물은 15.4℃에서 24.3도 API이고 최초비점은 110℃이고 최종비점(97%회수)은 360℃이다.The product is API at 15.4 ° C. to 24.3 degrees with an initial boiling point of 110 ° C. and a final boiling point (97% recovery) of 360 ° C.

금속함량은 하기와 같다(수치는 ppm : "N/D"는 검출이없음을 의미함).The metal content is as follows (value is ppm: "N / D" means no detection).

Figure kpo00022
Figure kpo00022

본 발명의 범위를 보다 명확히 하기 위하여 하기에 본 발명의 범위를 첨언한다. 본 발명은 원래의 탄소질물질보다 수소함량이 증가한 대체로 액체상태인 탄화수소물질을 생성하기 위해, 그 반응물이 분해될 정도의 유리수가 생성되지 않는 조건하에 알카리금속 수황화물, 알카리 금속단일황화물, 알카리금속 다중화합물 및 그 혼합물로이루 어진황함유 화합물의 수화물로 구성된 반응물과 증기로 탄소물질을 처리하여 수소화, 이이드로크래킹, 탈질화 또는 탈금속을수행하는 것을 특징으로 하는 탄소질물질의 수소처리 방법을 제공한다.The scope of the present invention is added below to make the scope of the present invention clearer. The present invention provides an alkali metal hydrosulfide, an alkali metal monosulfide, and an alkali metal under conditions in which free water does not generate enough to decompose the reactants to produce a generally liquid hydrocarbon substance having an increased hydrogen content than the original carbonaceous material. A method of hydrotreating a carbonaceous material, characterized in that the carbonaceous material is treated with a reactant composed of a hydrate of a sulfur-containing compound made up of multiple compounds and mixtures thereof, and then subjected to hydrogenation, idcracking, denitrification or demetallization. to provide.

본 발명은 또한, 상기방법에서 반응용기 내용물을 예측온도로 가열한 후, 증기를 반응용기내에 주입시키는 데 그증기가 반응물을 수화형태로 유지시키는 것을 특징으로 하는것을 포함한다. 본 발명은 또한, 상기 방법들에서 알카리 금속이 나트륨, 리튬, 칼륨 또는 루비듐인 것을 특징으로 하는 것을 포함한다.The present invention also includes heating the reaction vessel contents to a predicted temperature in the method, wherein steam is injected into the reaction vessel to maintain the reactants in hydrated form. The present invention also includes the above method wherein the alkali metal is sodium, lithium, potassium or rubidium.

본 발명은 또한 상기 방법들에서 알카리 금속 수황화물이 수황화칼륨 및 또는 수황화나트륨으로 이루어지는 것을 특징으로하는 방법을 포함한다. 본 발명은 또한, 상기 방법들에서, 황화수소가 또한 그 반응용기에 공급되는 것을 특징으로하는 방법을 포함한다. 본 발명은 또한, 반응용기에서 생산되는 황화수소가 회수되어 다시 그 용기로재순환되는 것을 특징으로 하는 방법을 포함한다. 본 발명은 또한, 반응용기내의 탄소질물질의 온도가 약 40 내지 410℃이고 그 압력이 약 대기압인 것을 특징으로 하는방법도 포함한다.The invention also includes a process wherein the alkali metal hydrosulfide in the above methods consists of potassium hydrosulfide and / or sodium hydrosulfide. The invention also includes a process wherein, in the above methods, hydrogen sulfide is also supplied to the reaction vessel. The invention also includes a method wherein the hydrogen sulfide produced in the reaction vessel is recovered and recycled back to the vessel. The invention also includes a method wherein the temperature of the carbonaceous material in the reaction vessel is about 40 to 410 ° C. and the pressure is about atmospheric pressure.

본 발명은 또한, 반응용기에 수소도 공급되는 것을 특징으로 하는 방법을 포함한다. 본 발명은 또한, 알카리금속에 대한 황의 비율을 조절하기 위해 반응용기에 황을 공급하는 것을 특징으로 하는 방법을 포함한다. 본 발명은 또한, 알카리 금속이 알콜용액중에 존재하는 것을 특징으로 하는 방법을 포함한다.The invention also includes a method wherein hydrogen is also supplied to the reaction vessel. The present invention also includes a method characterized by feeding sulfur to the reaction vessel to control the ratio of sulfur to alkali metal. The invention also includes a method wherein the alkali metal is present in the alcohol solution.

본 발명은 또한 상기 알콜용액이 메탄올, 에탄올 또는 프로판올-1용액인 것을 특징으로 하는방법을 포함한다. 본 발명은 또한 황화수소와 탄화수소를 함유하는 증기를 반응용기로 부터 회수하고 그 회수증기로부터 탄화수소를 회수하는 것을 특징으로 하는 방법을 포함한다. 본 발명은, 또한 반응용기내에서 0.55/1 내지 1.5/1의 황 : 칼륨의 비율로 수황화칼륨을 사용하는 방법을 포함한다.The present invention also includes a method wherein the alcoholic solution is methanol, ethanol or propanol-1 solution. The present invention also includes a method comprising recovering a vapor containing hydrogen sulfide and a hydrocarbon from a reaction vessel and recovering the hydrocarbon from the recovered steam. The present invention also includes a method of using potassium hydrosulfide in a ratio of sulfur: potassium of 0.55 / 1 to 1.5 / 1 in a reaction vessel.

Claims (1)

원래의 탄소물질보다 수소함량이 증가한 액체상태인 탄화수소물질 생산을 위해, 알칼리금속 수황화물 알칼리금속 단일황화물, 알칼리금속 다중황화물 및 그혼합물로 이루어진 황-함유화합물의 수화제로 구성된 반응물과 증기로 탄소물질을 반응기에서 많은 양의 유리수가 생성되지 않는 조건하에 처리하여 수소화 하이드로크래킹, 탈질소화, 또는 탈금속화를 수행하는 것은 특징으로 하는 탄소질물질의 수소처리방법For the production of hydrocarbons in liquid form with increased hydrogen content than the original carbonaceous materials, carbonaceous materials with reactants and vapors consisting of a hydrating agent of a sulfur-containing compound composed of an alkali metal hydrosulfide alkali metal monosulfide, an alkali metal polysulfide and a mixture thereof Hydrotreating under conditions where a large amount of free water is not produced in the reactor to carry out hydrocracking, denitrification, or demetallization.
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