專利名稱：加氫處理重質原料用帶層狀催化劑床層的上流式反應器系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于重質原料特別是渣油加氫處理以減小污染物特別是金屬、含碳殘質和硫數(shù)量的反應器系統(tǒng)和方法。上流式固定床反應器有層狀的催化劑床層，其中在不同層中的催化劑有不同的加氫活性，用來選擇性脫除通過整個催化劑床層的污染物，以防止堵塞和提高催化劑的壽命。
背景技術：
加氫處理是一種在其他加工過程以前用來脫除污染物和改質重質原料的大家熟悉的方法。用于本發(fā)明的術語“加氫處理”表示一種在超常壓和升溫下在氫氣和催化劑存在下從重質原料中脫除污染物特別是金屬、含碳殘質、氮和硫的方法。正如這里使用的，術語“重質原料”指由拔頭原油、石油渣油、油砂、瀝青、頁巖油、液化煤或再生油得到的高瀝青質含量的烴類。重質原料通常含有各種污染物，例如含碳殘質、硫和金屬，已知它們使用于重質原料改質成更有價值的產品例如運輸燃料和潤滑油的催化劑失活。加氫處理操作通常也從重質原料中與硫一起脫除氮。在銷售以前為了減少空氣污染，甚至生產較低價值的產品例如燃料油通常也需要重質原料進行某種改質，以便脫除污染物特別是硫。
加氫處理反應器的各種設計已在處理重質原料的文獻中描述。各種商業(yè)設計可采用催化劑移動床(例如U.S.5076908中公開的)或沸騰催化劑床(例如U.S.4571326和4744887中公開的)。下流式固定床加氫處理反應器是商業(yè)上最廣泛使用的。它們與移動床反應器的區(qū)分在于，在操作過程中，新鮮催化劑不能加到床層中，而床層中的廢催化劑不能除去。在移動床反應器中，原料和氫氣流優(yōu)選向上流動。催化劑向下移動，并作為廢催化劑從床層的底部除去，而新鮮催化劑在床層的頂部加入。在沸騰床中，原料和氫氣的向上流動足以使催化劑懸浮，并造成催化劑顆粒的隨意移動。在操作過程中，沸騰床的體積會膨脹，與沒有氫氣和原料流通過床層時催化劑在反應器中的體積相比，通常膨脹至少20％。相反，在操作過程中，在上流式固定床(例如在本發(fā)明中公開的)有很少的膨脹或沒有膨脹。事實上，在操作過程中，由于催化劑顆粒的沉降，催化劑床層的體積實際上可能稍有減小。應當理解，因為反應器壁為剛性的，催化劑床的膨脹僅沿床層的豎軸發(fā)生。因此，當在本發(fā)明中涉及床層膨脹時，反應器中床層高度或床層厚度的增加是床層膨脹的一個適合的量度，并直接與體積有關。
通常，在氫氣存在下在升壓和升溫下，通過重質原料與催化劑接觸來脫除污染物。通常，催化劑為一種活性催化劑，也就是有加氫活性的催化劑。在加氫處理條件下，污染金屬例如鎳和釩通常很容易被脫除，它們涂覆在催化劑的表面上和孔中。金屬在催化劑上的沉積使加氫活性迅速喪失。但是，加氫活性對于從原料中脫除其他污染物例如含碳殘質、氮和硫是必要的。
用來從重質原料中脫除金屬、含碳殘質和硫的催化劑通常稱為加氫處理催化劑，通常由多孔的難熔載體(通常為氧化鋁、氧化硅或氧化硅/氧化鋁)組成，這些載體可用金屬例如周期表第VIB族金屬(特別是鉬和鎢)和第VIII族金屬(特別是鈷和鎳)浸漬，以提高它們的活性。本發(fā)明主要關心的是有脫金屬、脫硫、脫氮和脫含碳殘質活性的那些加氫處理催化劑。
已知加氫處理催化劑的孔結構影響催化劑的脫硫、脫氮和脫含碳殘質的活性，以及影響金屬污染物如何迅速使催化劑失活。通常，對于脫除金屬污染物來說，優(yōu)選有相對大孔的催化劑。例如，U.S.5215955指出，有大孔的催化劑(也就是孔徑為1000?；蚋?適用于從重質原料中脫除污染金屬。但是，對于脫除硫、氮和含碳殘質來說，較小的孔徑是有好處的，例如U.S.5177074中公開的催化劑，其中至少70％的孔體積由直徑為70-130埃的孔構成。遺憾的是，有較小孔徑的催化劑通常比有較大孔徑的催化劑更迅速被金屬在孔結構中的沉積失活。因此，在選擇從重質原料中脫除污染物的適合催化劑中，必需均衡催化劑壽命與保持足夠的脫除污染物特別是含碳殘質和硫的活性。
為了獲得脫金屬的較低活性催化劑和脫硫和含碳殘質的較高活性催化劑，提出在固定床反應器中使用雙催化劑系統(tǒng)或多催化劑系統(tǒng)。在U.S.4990243和5071805中提出層狀的催化劑床，其中在催化劑床層中排列不連續(xù)的催化劑層，以便最大限度利用構成床層的每種催化劑的不同特性。在層狀的催化劑床中，脫金屬催化劑通常構成固定床的上層，而下層的催化劑不斷提高加氫活性和脫硫活性。重質原料進入反應器的頂部，首先與脫金屬催化劑接觸，在那里脫除金屬污染物。脫除大部分金屬污染物的重質原料向下通過固定床，以便與加氫和脫硫催化劑接觸，在那里脫除硫和含碳殘質污染物。由于在原料中有較低的金屬數(shù)值，因為原料中存在很少的使催化劑失活的金屬，加氫和脫硫催化劑有長的使用壽命。但是，下流式層狀催化劑系統(tǒng)的缺點是壓降高，它是通過固定床特有的。這一問題隨時間會進一步加重，因為金屬涂覆在床層上層的催化劑上使壓降不斷增加，最后使反應器堵塞。
U.S.5439860中提出在固定床反應器床中不同活性的催化劑的物理混合物。這可能有在整個床層長度更均勻分布金屬污染物的優(yōu)點，以便減少堵塞，但是它不能完全解決加氫催化劑被金屬污染物失活的問題。隨著金屬涂覆在催化劑混合物上，在固定床上部中存在的催化劑大部分所希望的加氫活性和脫硫活性被喪失。
使用主要裝有脫金屬催化劑的獨立保護反應器隨后是裝有脫硫催化劑的加氫處理反應器是解決金屬脫除問題的一種已知方法。例如參見U.S.5779992。隨著金屬污染物在保護反應器中積累并使壓降提高，這一方法可使保護反應器中的相對廉價的脫金屬催化劑可定期更換。使加氫處理反應器中的更活潑和更昂貴的加氫催化劑免受金屬污染物影響，使壽命更長。但是，這樣的系統(tǒng)需要高得多的初期投資，因為需要至少兩個反應器，而不是一個反應器。此外，為了防止在保護反應器的催化劑更換過程中脫硫反應器停工，在流程中必包括一個切換保護反應器，其結果甚至更大預基建投資。
U.S.5076908中提出上流式反應器的向下移動的填裝催化劑床的應用。這一系統(tǒng)的優(yōu)點是可連續(xù)將新鮮催化劑加到移動床層的頂部，同時將廢催化劑從反應器的底部取出。此外，因為原料從反應器的底部進入床層，與其他的系統(tǒng)相比，通過催化劑床層時有很低的壓降，以及與堵塞相關的問題實際上可消除。這一系統(tǒng)的主要缺點是反應器以及加入和取出催化劑所需的相關設備的相對高的投資。
雖然固定床上流式反應器在文獻中已出現(xiàn)(參見U.S.5522983)，但是加氫處理操作用的上流式固定床反應器的應用在商業(yè)上還沒有實踐，因為設計和操作這樣的系統(tǒng)還有困難。在加氫處理操作中，最接近上流式固定床反應器的實際經驗是使用上述移動床反應器得到的，當反應器中的催化劑間歇取出，而不是連續(xù)取出時。在這種情況下，該反應器在一定時期操作，就好象它是一上流式固定床反應器。但是，對于這類操作來說，移動床反應器的設計不是最佳的，不能得到固定床系統(tǒng)的全部優(yōu)點。此外，對于使用層狀的催化劑床系統(tǒng)來說，不能很好地設計移動床反應器，因為加入新鮮催化劑和取出廢催化劑會使不同催化劑層的完整性喪失。除非給反應器增加幾個加入口，以便從每一催化劑層加入和取出催化劑。因為在反應器中的高壓口的投資很高，所以使這樣的系統(tǒng)的總投資大大提高。此外，與其他流程相比，這樣的系統(tǒng)的操作是復雜的和令人生厭的。
本發(fā)明把上述每種系統(tǒng)的最有利的特性結合起來，同時使設備的預基建投資減到最小。本發(fā)明對改造現(xiàn)有反應器或在壓降不變下增加反應器體積是特別有好處。

發(fā)明內容
在最寬的方面，本發(fā)明涉及一種處理含有由至少一種金屬和硫和含碳殘質組成的污染物的重質原料的反應器系統(tǒng)，以生產比重質原料有較低數(shù)量所述的污染物的產品，所述的反應器系統(tǒng)包含(a)有頂部和底部以及至少一下部水平催化劑層和一上部水平催化劑層的豎直固定催化劑床，其中下部水平催化劑層中的催化劑的特點是比上部水平催化劑床中的催化劑有較低的加氫活性；(b)在每一催化劑層的底部有用來控制和均勻分布通過催化劑層的流體流的流體分布設備；以及(c)將含有重質原料和氫氣的流體送入固定床的底部以及從固定床的頂部取出產品的設備，從而將流體送入固定催化劑床的底部并通常向上流過固定床，在足夠低的流速下依次首先與下部水平催化劑層中的催化劑接觸，然后與上部水平催化劑層中催化劑接觸，以致固定床的平均膨脹率不超過5％。
廣義地說，本發(fā)明還涉及這樣一種降低重質原料中金屬、含碳殘質和硫污染物的方法，該法包括以下步驟(a)在氫氣存下，重質原料通常向上通過有至少一下部水平催化劑層和一上部水平催化劑層的豎直固定床的單一反應器，其中下部水平催化劑層中催化劑的特點是比上部水平催化劑層中的催化劑有較低的加氫活性，(b)重質原料和氫氣流當它們向上通過時均勻分布通過每個催化劑層，(c)使重質原料和氫氣維持足夠低的流速，以致固定床的平均膨脹率不超過5％，(d)在加氫處理條件下重質原料與下部水平催化劑層中的催化劑依次接觸，以脫除存在的大部分金屬，隨后重質原料與上部水平催化劑層中的催化劑接觸，以便脫除另外的金屬和至少一部分硫和含碳殘質，以及(e)回收含有比重質原料少金屬和含碳殘質和硫的重質原料產品。優(yōu)選的是，在這一方法中，至少50％的金屬從重質原料中脫除。
本發(fā)明特別用于加氫處理渣油，特別是含金屬的渣油。對于本發(fā)明來說，渣油指有高含量瀝青質的從常壓蒸鎦裝置或減壓蒸鎦裝置的底部收集的重質原料。常壓渣油的沸程為約345℃(650°F)以上。減壓渣油的程為約540℃(1000°F)以上，通常比常壓渣油有更高的粘度。減壓渣油可能需要外加的處理，以便降低原料的粘度。這一點可通過增加稀釋油來實現(xiàn)，即常常從分鎦塔回收較低粘度的物質，作為稀釋油，也可能希望在下催化劑層中進行一定程度減粘，以便使原料的粘度下降。
正如已指出的，渣油通常被各種金屬以及含碳殘質和硫污染，它們優(yōu)選在進一步加工以前被脫除。除了脫除重質原料中存在的金屬、含碳殘質和硫以外，本發(fā)明的方法和反應器系統(tǒng)還脫除氮。本發(fā)明特別適用于從原料中脫除金屬污染物；當用于從渣油中脫除金屬時，本發(fā)明是最有利的。在渣油原料中出現(xiàn)的典型金屬污染物包括但不一定限于鐵、釩、鎳、鈣。金屬可作為很簡單的金屬化合物存在，例如氧化物、金屬鹵化物，或作為更復雜的分子存在，例如有機金屬化合物。在本發(fā)明反應器中存在的條件下，污染金屬通常很容易從原料中脫除。對于脫金屬來說，通常優(yōu)選有低加氫活性和相對大孔徑的催化劑。
在本發(fā)明中，催化劑的加氫活性指在氫氣存在下催化劑從原料中的烴類分子中脫除含碳殘質和雜原子特別是硫和氮的能力。因此，低加氫活性指與更容易脫除含碳殘質、硫和氮的較高加氫活性的催化劑相比，有相對小的脫除含碳殘質、硫或氮的能力的催化劑。
含碳殘質、氮和硫通常也作為污染物在渣油中存在。雖然這些污染物可能作為相對簡單的分子存在，但是它們通常比通過化學鍵金屬更牢固地保持在烴類分子中。所以，脫除含碳殘質、硫和氮所需的比脫除金屬所需通常是稍微更活性的加氫催化劑。適用于脫除含碳錢質、氮和硫的催化劑通常也很容易脫除金屬，但是隨著金屬涂覆在催化劑表面上和填充在孔中，催化劑變得很容易失活。
U.S.5472928中公開的催化劑的特點是窄的粒度分布，該專利的全部公開內容在這里作為參考并入。該專利的催化劑特別適用于本發(fā)明的實施，并可在反應器的上部催化劑層和下部催化劑層使用。特別優(yōu)選有良好抗碎強度的球形催化劑，即抗碎強度不小于5磅?？顾閺姸葘τ诳刂拼呋瘎╊w粒的破碎是重要的。
本發(fā)明一個重要的方面是反應器的上流式固定床設計。它與過去用于重質原料加氫處理的典型下流式固定床設計不同。由于流體在反應器中向上流動，上流式固定床與下流式固定床的區(qū)別在于，上流式設計有更低的壓降和更大的抗壓降增加能力。此外，因為本發(fā)明使用固定床，也就是在那里催化劑顆粒有相對很小的移動，所以本設計很容易與沸騰床設計區(qū)分。正如已指出的，向上通過催化劑床的流體流動是足夠低的，與沒有流體通過床層時的床層體積相比，催化劑的膨脹減到最小。催化劑的膨脹率應不超過5％，優(yōu)選不超過2％。理想上床層膨率為0％或者甚至為負的百分數(shù)，也就是在操作過程中催化劑的體積減小。本發(fā)明的第二個重要特點是催化劑分層，以便最大限度利用構成每一層的催化劑的特性。沸騰床設計和移動床設計不能利用層狀的催化劑系統(tǒng)，因為催化劑顆粒的移動會破壞單個層的完整性。本發(fā)明與移動床設的不同還在于，它不需要用于加入和取出催化劑的高壓設備。這就使預投資大大下降。固定床還更容易控制和操作。
本發(fā)明的另一要求是位于每一催化劑層底部的流體分布設備。該流體分布設備可采用許多種形式，例如篩、柵、孔板等。流體分布設備有兩個主要功能。使向上通過反應器的流體均勻通過催化劑層的水平面。還用來確保大氣泡破碎和流體的最佳混合。優(yōu)選的是，還用于支承催化劑層和防止催化劑顆粒在兩相鄰的催化劑層之間的界面處混合等次要功能。
本發(fā)明打算用于其他加氫處理操作，當在一個或多個主要用于脫除硫和含碳殘質的傳統(tǒng)加氫處理裝置以前使用時，它是特別有價值的。


圖1為實施本發(fā)明有三個催化劑層的反應器的截面圖。
圖2為本發(fā)明反應器的部分透視截面圖，表示構成流體分布設備的一個實施方案的流體分布板組件和催化劑支承篩板。
圖3為與傳統(tǒng)的加氫處理裝置有連系的本發(fā)明加氫處理減壓渣油的代表性工藝流程圖。
具體實施例方式
參考這些附圖很容易理解本發(fā)明。
圖1為本發(fā)明一實施方案的截面圖。加氫處理反應器1有送入重質原料和氫氣混合物的入口管3和與任何過量的氫氣和急冷氣體或液體一起取出經處理的產物流的出口管5。如在這一特定的實施方案中所示，催化劑床4分成分別用a、b和c標記的3個不連續(xù)的催化劑層；但是，熟悉本專業(yè)的技術人員會理解，催化劑層的數(shù)目可少到2個或多到實施本發(fā)明目的實際所需的個數(shù)。在附圖中，每一不連續(xù)的催化劑層的頂部分別標記為6a、6b和6c。每一催化劑層置于催化劑支承和流體分布設備上，對于3個催化劑床，它們分別表示為7a、7b和7c。在這一實施方案中，催化劑支承和流體分布設備具體用于(a)均勻地再分布向上通過催化劑層的流體流，使流體和催化劑顆粒之間接觸的機會最大，以及(b)支承催化劑層和防止相鄰催化劑層之間的催化劑顆粒混合。在這一實施方案中，下面將結合圖2的描述更全面地討論催化劑支承和流體分布設備的設計。折流錐體9在反應器底部的入口管3的開口11和下部催化劑支承和流體分布設備7c之間，以幫助通過下部催化劑支承和流體分布設備底部的由原料和氫氣的混合物組成進入流體的分布。上部急冷噴頭13和下部急冷噴頭15分別直接處于兩個下部催化劑層6b和6c的頂部上方以及催化劑支承和流體分布設備即7a和7b下方。急冷噴頭通過急冷管線17和19將急冷流體送入反應器，以便控制床層中的溫度。這一特定實施方案的設計能在最有利的位置急冷，以確保急冷流體在直接處于上方的催化劑層中最佳分布。因為絕大多數(shù)加氫處理反應都放出熱量，這一設計使得有效控制每一層中的溫度成為可能，有助于消除造成焦炭生成的熱點。
現(xiàn)參考附圖2，它更詳細地說明一種催化劑支承和流體分布設備。催化劑支承和流體分布設備被反應器壁101水平支承在反應器中。該設備實際上包含兩個部件，上部催化劑支承柵103，它緊密地與下部氣體分布板105相連。催化劑支承柵實際上可放在流體分布上，但是，在這一實施方案中，在兩個部件之間有一狹窄空間106。在這一實施方案中，催化劑支承柵表示為篩板，但是，熟悉本專業(yè)的技術人員會理解，其他設計的柵也是可操作的。催化劑支承柵的一個重要考慮因素是柵中的開口應足夠小，以便防止催化劑顆粒通過，但又要足夠大和足夠多，以便不阻礙向上的流體流。流體分布板105鉆有許多小孔107，在其下側與相應于許多小管或上升管109的管腔連接，后者在其下端110上有折流器108，以便防止大氣泡直接進入上升管的管腔，確保流體的最佳分布。每一上升管在其側壁上有至少一個開口112。蒸汽通過開口112進入上升管的管腔和折流器周圍和通過上升管底部的開口的液體向上通過在流體分布板中的穿孔107進入空間106，并向上通過催化劑支承柵103進入直接相鄰的催化劑層。在本發(fā)明的一個實施方案中，特別硬的或耐碎的催化劑或其他材料的保護層可放置在催化劑支承柵和上述層中的催化劑之間。在另一實施方案中，第二個柵板可直接放在流體分布器下方，以便防止催化劑顆粒向上進入上升管并堵塞上升管。
在操作過程中，反應器中的催化劑床維持在加氫處理條件下。通常，加氫處理反應在約100℃(212°F)至約650℃(1200°F)的溫度范圍內(優(yōu)選約315℃(600°F)至約480℃(900°F))和約300至4500psig(優(yōu)選約1000至3500psig)的壓力范圍內進行。在實施傳統(tǒng)的加氫處理法中，通常有約3000至約5000標平方尺(scf)/桶原料的氫氣在反應段中存在。在實施本發(fā)明中，雖然可在這些較高的氫氣數(shù)量下操作，但已發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明可用低得多數(shù)量的氫氣來實施。例如，本發(fā)明的方法可用低于2500scf/桶的氫氣數(shù)量來實施，已發(fā)現(xiàn)低至1800scf/桶是適用的。
因為在催化劑床層中進行的許多反應是放熱的，所以希望將急冷流體送入反應器中以控制溫度，以便防止結焦，后者可損害催化劑和降低目的產品的產率。正如上面指出的，本發(fā)明有可能在最佳位置將急冷管線放到催化劑床層中，也就是直接在流體分布設備下方，以確保急冷流體在每一催化劑層中均勻分布，防止熱點出現(xiàn)。急冷流體可為氣體例如氫氣或液體例如蒸鎦工段的循環(huán)物料。在這一系統(tǒng)中，液體急冷物是特別優(yōu)選的，它具有可能更有效控制床層內溫度的優(yōu)點。雖然氣體急冷物也可操作，但它更通常被傳統(tǒng)的加氫處理系統(tǒng)使用。
在原料加氫處理過程中存在氫氣，優(yōu)選存在這樣數(shù)量的氫氣，以致超過化學計量數(shù)量，以便影響催化劑床中進行的所選的氫加反應。通常，將與重質原料混合的氫氣送入反應器。但是，氫氣也可作為急冷流體，因此可至少部分通過急冷管線加到反應器中，它進入相鄰催化劑層之間的催化劑床。但是，正如上面指出的，對于這一特定的系統(tǒng)，氫氣作為急冷流體加入通常不是優(yōu)選的。
可用來構成每一催化劑層的催化劑已在文獻中描述，并且在本專業(yè)中為大家所熟悉。它們通常由氧化鋁、氧化硅、磷或其各種組合物構成的多孔難熔基質組成。在下層中的催化劑應有良好的脫金屬活性。催化劑可有加氫活性和脫硫活性，但是通常使用大孔徑催化劑是有好處的，以便使金屬的脫除最大。對于脫除含碳殘質和硫來說，具有這些特性的催化劑不是最佳的。下層催化劑的平均孔徑通常為至少60埃；而在許多情況下會相當大。催化劑可含有一種金屬或金屬組合物，例如鎳、鉬或鈷。適用于下層的催化劑在U.S5071805和5215955中公開。在U.S.5472928中公開的催化劑的特點為，已發(fā)現(xiàn)如下表示的用氮吸附法測量的孔徑分布(PSD)特別適用于下部催化劑層表示的PSD存在的總孔的百分數(shù)以埃為單位的孔最小20％130-170在催化劑床的上層中存在的催化劑與下層的催化劑相比應有更大的加氫活性。因此，適用于上層的催化劑通常的特點為，更小的孔徑和更大的脫含碳殘質、脫氮和脫硫活性。通常，這些催化劑含有金屬例如鎳、鎢和鉬，以便提高加氫活性。在U.S.5472928中公開的催化劑的特點為，已發(fā)現(xiàn)如下表示的用氮吸附法測量的孔徑分布(PSD)特別適用于上部催化劑層存在的總孔的百分數(shù)表示的PSD以埃為單位的孔最小30％95-135用于實施本發(fā)明的催化劑可為各種成型的催化劑，但球形催化劑通常是優(yōu)選的。此外，在本發(fā)明的上流式固定催化劑床中，通常優(yōu)選致密的不易碎的催化劑，使催化劑顆粒的破碎和顆粒帶入反應器回收的產物中的數(shù)量減少。
熟悉本專業(yè)的技術人員會理解，各催化劑層可能不是由單一的催化劑構成，而可能由不同催化劑的混合物構成，使這一層達到最佳的脫金屬或脫含碳殘質和脫硫的程度。雖然一些加氫反應在床層的下部出現(xiàn)，但本發(fā)明預期含碳殘質、氮和硫的脫除主要在上層出現(xiàn)。顯然，額外的金屬脫除也可發(fā)生。每一層選擇的具體催化劑或催化劑混合物、床層中層的數(shù)目、床層中每一層的比例體積和所選的具體加氫處理條件取決于該裝置處理的原料、所希望的回收產品以及各種商業(yè)考慮因素，例如催化劑的價格。所有這些參數(shù)都在從事石油加工工業(yè)的技術人員的技能范圍內，在這里不需要進一步詳細描述。
為了促進原料向上通過催化劑層流動，可能希望降低進入反應器底部的原料的粘度。當減壓渣油被加工時，這一點特別是這樣。優(yōu)選的是，100℃下測量的原料的粘度不大于約400厘沲。為了降低粘度。可使用稀釋油，它由分鎦塔的循環(huán)物流或鎦分油組成。通常就減壓渣油來說，稀釋油可構成進入反應器的原料的20％(體積)。此外，最下層的催化劑和溫度可預先選擇，也進行減粘操作，以便幫助降低粘度。減粘包含將進料中的某些高粘組分轉化成較低粘度的物質的反應。減粘通常包含原料中某些高反應性的分子的有限裂化。
已發(fā)現(xiàn)，當本發(fā)明與一個或多個傳統(tǒng)的加氫處理裝置結合使用時，它是特別有利的。例如，在加工減壓渣油中，已發(fā)現(xiàn)，當與主要用來脫除硫和含碳殘質的傳統(tǒng)下流式加氫處理裝置結合使用時，本發(fā)明的上流式固定床反應器在從原料中脫除金屬中是特別有效的，得到的產品適合進一步加工成更高質量的產品。圖3說明使用本發(fā)明處理含有高金屬含量和硫的減壓渣油原料的加工流程。氮如果在原料中存在的話，也與硫一起被脫除。說明的流程圖由本發(fā)明單一的固定床上流式反應器203和3個傳統(tǒng)的加氫處理反應器205、207和209組成。固定床上流式反應器203與圖1中所示的反應器設計基本上相同，如上面詳細討論的。原料管201將減壓渣油、減壓瓦斯油和氫氣的混合物送至上流式固定床反應器203的底部。在原料中的減壓瓦斯油為循環(huán)物料，它作為稀釋油，使減壓渣油的粘度下降到可接受的水平。在這一特定的實施方案中，原料中的氫氣數(shù)量為約1800scf/桶。在上流式反應器203中，3個催化劑層中的催化劑預先選擇，以便從原料中脫除至少60％金屬。有很低加氫活性的下部催化劑層211用來脫除更容易回收的金屬。有減粘活性的催化劑也可在這一下層中存在。第二和第三催化劑層213和215有更大的加氫活性，并經預先選擇，以脫除更多的殘留金屬。某些脫硫和脫含碳殘質也在兩個上部催化劑層中出現(xiàn)。急冷管線217和219輸送來自分鎦塔(未示出)的循環(huán)液，以便作為液體急冷物。脫除大部分金屬的進料在管線221中從上流式反應器的頂部回收。管線221將進料輸送到傳統(tǒng)加氫處理反應器205的頂部，在那里進一步脫除含碳殘質和脫硫。進料按順序進一步通過傳統(tǒng)的加氫處理反應器207和209進行處理。經管線223從反應器209的底部回收經加氫處理的有較低金屬、硫、氮和含碳殘質的產品。經加氫處理的產品用作其他加氫處理操作例如加氫裂化或FCC操作的原料，以便生產運輸燃料和潤滑油。
權利要求
1.一種用來處理含有至少一種金屬和硫和含碳殘質組成的污染物的重質原料的反應器系統(tǒng)，以便生產與重質原料相比有較低數(shù)量所述污染物的產品，所述反應器系統(tǒng)包括(a)一個有頂部和底部以及至少一下部水平催化劑層和一上部水平催化劑層的豎直固定催化劑床，其中下部水平催化劑層中的催化劑的特點是，比上部水平催化劑層中的催化劑有較低的加氫活性；(b)在每一催化劑層的底部用于均勻分布通過催化劑層的流體流的流體分布設備；以及(c)將含有重質原料和氫氣的流體送入固定床的底部以及從固定床的頂部取出產品的設備，從而將流體送入固定催化劑床的底部并通常向上通過固定床流動，以足夠低的流速依次首先與下部水平催化劑層中的催化劑接觸，然后與上部水平催化劑層中的催化劑接觸，以致固定床的平均膨脹率不超過5％。
2.根據(jù)權利要求1的反應器系統(tǒng)，其中流體分布設備還作為催化劑的支承物。
3.根據(jù)權利要求2的反應器系統(tǒng)，其中流體分布設備由以下設備組成一個有許多開孔通過它的水平板；一個有足夠小的篩孔尺寸的直接與上述水平板相連的水平篩板部件，以防止催化劑顆粒從直接在上面的催化劑層通過；以及許多豎立上升管，其數(shù)目等于板中的開孔，每一上升管有一管腔，并在所述的上升管的上端與所述板的下側相連，以致每一上升管的管腔向上開孔通過該板確定的每一開孔中的一個，位于每一上升管底部的折流板，以防止大氣泡直接流入每一上升管的管腔，每一上升管的側面有至少一個用于流體進入上升管的管腔的穿孔。
4.根據(jù)權利要求1的反應器系統(tǒng)，其中在流體分布設備和直接在它下面的水平催化劑層的頂部之間有一空間，送入流體急冷物的設備在所述的空間中，直接在所述流體分布設備下方和在所述水平催化劑層的頂部上方。
5.根據(jù)權利要求1的反應器系統(tǒng)，其中在下部水平催化劑層中的催化劑的特點是有相對大的平均孔徑，而在上部水平催化劑層中的催化劑的特點是有比所述的下部水平催化劑層中的催化劑更小的平均孔徑。
6.根據(jù)權利要求5的反應器系統(tǒng)，其中在每一催化劑層中的催化劑顆粒為球形，并且該顆粒有窄的粒度分布。
7.根據(jù)權利要求6的反應器系統(tǒng)，其中在下部催化劑層中的催化劑至少20％的孔其直徑為約130至約170埃。
8.根據(jù)權利要求6的反應器系統(tǒng)，其中在下部催化劑層中的催化劑至少30％的孔其直徑為約95至約135埃。
9.一種降低重質原料中金屬、含碳殘質和硫污染物的方法，該法包括以下步驟a)重質原料在氫氣存在下通常向上送入其中有至少一個下部水平催化劑層和一個上部水平催化劑層的豎直固定床層的單一反應器，其中下部水平催化劑層中的催化劑的特點是比上部水平催化劑層中的催化劑有較低的加氫活性；b)當重質原料和氫氣向上流過時，它們均勻分布通過每一催化劑層；c)維持足夠低的重質原料和氫氣流流速，以致固定床的平均膨脹率不超過5％；d)在加氫處理條件下，重質原料依次與下部水平催化劑層中的催化劑接觸，以便脫除存在的主要數(shù)量金屬，接著原料與上部水平催化劑層中的催化劑接觸，以便脫除主要數(shù)量殘留的金屬以及至少一部分硫和含碳殘質；以及e)回收與重質原料相比有較少金屬和較低含量含碳殘質和硫的重質原料產品。
10.根據(jù)權利要求9的方法，其中流速足夠低，以致床層的膨脹率不超過2％。
11.根據(jù)權利要求9的方法，其中重質原料為渣油。
12.根據(jù)權利要求11的方法，還包括重質原料產物在單獨的加氫處理段中加氫處理的額外步驟，以便從所述的重質原料產品中脫除基本上所有殘留的硫和金屬污染物。
13.根據(jù)權利要求12的方法，其中渣油與水平催化劑層中的催化劑的接觸在約315至約480℃、約1000至約3500psig和氫氣比小于約2500scf/桶渣油原料下進行。
14.根據(jù)權利要求13的方法，其中重質原料產品中金屬的數(shù)量下降至少50％。
15.一種降低渣油原料中金屬、含碳殘質和硫污染物的方法，該法包括以下步驟a)在氫氣存在下，渣油原料通常向上送入其中有至少一個下部水平催化劑層和一個上部水平催化劑層由球形催化劑顆粒組成的豎直固定床層的單一反應器，其中下部水平催化劑層中的催化劑的特點是催化劑有至少20％的孔其直徑為約130至約170埃，而上部水平催化劑層中的催化劑的特點是催化劑有至少30％的孔其直徑為約95至約135埃；b)當渣油原料和氫氣向上通過時，它們均勻地通過每一催化劑層；c)維持足夠低的渣油原料和氫氣的流速，以致固定床的平均膨脹率不超過5％；d)在加氫處理條件下，渣油原料與下部水平催化劑層順序接觸，以便脫除大部分存在的金屬，隨后渣油原料與上部水平催化劑層接觸，以便脫除另外數(shù)量的殘留金屬和至少一部分硫和含碳殘質；以及e)回收與減壓渣油原料相比有較低金屬、含碳殘質和硫含量的渣油產品。
16.根據(jù)權利要求15的方法，其中流速足夠低，以致床層的膨脹率不超過2％。
17.根據(jù)權利要求16的方法，其中流速足夠低，以致床層的膨脹幾乎沒有。
18.根據(jù)權利要求15的方法，其中渣油原料為減壓渣油原料。
19.根據(jù)權利要求18的方法，其中在步驟a)以前還包括將減壓渣油的粘度降到約400厘沲(100℃下測量的)的預備步驟。
20.根據(jù)權利要求19的方法，其中減壓渣油粘度的下降在下部水平催化劑層中通過在所述層中有足夠減粘活性來降低渣油原料粘度的預選催化劑來實現(xiàn)。
21.根據(jù)權利要求15的方法，其中渣油原料為常壓渣油原料。
22.根據(jù)權利要求15的方法，其中在渣油產品中金屬的數(shù)量下降至少50％。
全文摘要
用至少有兩個不同加氫活性的催化劑層的上流式固定床反應器加氫處理金屬、硫和含碳殘質污染的重質原料的反應器系統(tǒng)和方法。
文檔編號C10G65/00GK1349554SQ00807042
公開日2002年5月15日 申請日期2000年3月31日 優(yōu)先權日1999年4月13日
發(fā)明者B·E·里昂納多, F·W·拉姆, J·查布特, F·J·安特扎拿, R·巴啻特爾, K·R·基布森, R·瑟勒克爾, P·C·勒溫格 申請人:切夫里昂美國公司