JP2021504552A - 水素化分解装置の未変換重油をアップグレーディングするためのプロセスおよびシステム - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、「VR水素化分解装置の未変換油をアップグレーディングするプロセス」と題する、2017年11月21日に出願された米国仮出願第62/588,924号に関連し、優先権の利益を主張するものであり、本明細書ではその全体が参照により組み込まれている。
FSユニットはHOTユニットの上流およびHOSユニットの下流に位置する;
HPHTユニットはMPHTユニットの上流に位置する;
HOSユニットはVCFユニットの上流に位置する;
HOTストリッパーはHOTユニットの下流に位置する;
HPHTユニットおよびMPHTユニットはHOSユニットの上流に位置する;
HPHTユニット、および場合によりMPHTユニットはHOTユニットの上流に位置する;
HPHTユニット、および場合によりMPHTユニットはACFおよびVCFユニットの上流に位置する;および
ACFユニット、および場合によりVCFユニットはHOTユニットの下流に位置する。
本発明に関連する利点を検証するために、様々な裏付け研究が行われた。大気圧塔底(ATB)および真空塔底部(VTB)生成物を収集し、本発明による芳香族供給原料成分と組み合わせ、および/または濾過して、以下の結果を得た。
未変換残渣中には、摩耗した触媒に由来する、アルミナ、シリカ、硫化鉄などの無機粒子および有機沈殿物粒子が存在する。
表2は、VTBに由来する未変換残渣から無機粒子(摩耗した触媒)を除去する際の濾過の有効性を示す。これらの摩耗して使用された脱金属化触媒は、43.8ppmのAl、19.5ppmのSi、7.3ppmのMoおよび94.5ppmのFeとして検出可能である(例7)。濾過(0.45ミクロンフィルターを使用)では、Ni、V、Al、Fe、Mo、NaおよびSiなどのほとんどの金属が除去される(例8)。残りの24.3ppmのNiおよび19.7ppmのVは、おそらく可溶性有機形態である。
表3は、改質剤の添加前後の水素化処理装置への残油水素化分解UCO供給原料の粘度を示している。5重量%の改質剤は、ATB由来の未変換残渣の粘度を100℃で61.4cStから58.4cStに減少させる(例13および14)。10重量%の改質剤は、VTB由来の未変換残渣の粘度を100℃で347.6cStから100℃で240.9cStに31%減少させる(例15および16)。明らかに、改質剤は安定性(重量%沈殿物)と粘度の両方を改善し、未変換残油の扱いやすさを大幅に改善する。
表4は、シェル高温濾過法ASTMD4870を使用して沈殿物で測定した、濾過および水素化処理後の未変換残渣の安定性に対する改質剤添加の影響を比較している。石油製品の沈殿物量が低いことは、安定性が良好なことを示している。未変換残渣が濾過されておらず、改質剤が添加されていない場合、最終水素化処理製品の沈殿物量は1210ppmであり、沈殿しやすく、操作上の問題を引き起こしやすい不安定な生成物であることを示した(例17)。未変換残渣のみが濾過された場合(改質剤が添加されていない)、生成物の沈殿物量は156ppmに減少し、中程度の沈殿傾向を示した(例18)。改質剤の添加および濾過の組み合わせのみが、水素化処理製品の沈殿物量を許容可能な31ppmにすることができる(例19)。
表5は、未変換残渣の水素化処理の実現可能性に対する芳香族供給原料成分の添加および供給原料の濾過の重要性を強調している。芳香族供給原料成分および濾過の両方がなければ、固定床水素化処理装置での圧力降下は、非常に高い速度で増大し、経済的なプロセスのために必要な時間(通常は少なくとも半年)の運転が効果的にできなくなった。
表6〜8は、未変換残渣を低硫黄燃料油(LSFO)に変換するための、改質剤の添加、濾過および水素化処理の組み合わせの効果を示している。
例26は、20%のライトサイクルオイル(LCO)と混合された、80%の改質、濾過、水素化処理未変換残渣(680°F+画分)が、船舶燃料油の残渣燃料グレードRMG380およびIMO2020LSFOの規制仕様をどのように満たすかを示している(Sが0.5重量%未満の低硫黄燃料油)。
Claims (62)
- 未変換重油をアップグレーディングするためのプロセスであって:
水素化処理システムから未変換重油供給原料を提供し、前記未変換重油供給原料は水素化分解装置残油を含むこと;
場合により、第1の芳香族供給原料を前記未変換重油供給原料に添加して混合物を形成すること;
前記未変換重油供給原料または混合物を直接分離プロセスに送り不溶物を除去し、それにより未変換重油流を形成すること;
場合により、第2の芳香族供給原料を前記未変換重油流と組み合わせて第2の混合物を形成すること;
前記未変換重油流または第2の混合物を重油水素化処理プロセスに送り、それにより前記未変換重油流または前記第2の混合物から水素化処理重油流を形成すること;
ここで、前記第1または前記第2の芳香族供給原料の少なくとも1つが、前記未変換重油供給原料または前記未変換重油流と組み合わされること;および、
場合により、
前記水素化処理重油流は回収またはさらに処理されること
を含む、プロセス。 - 未変換重油から低硫黄燃料油を生成するためのプロセスであって:
水素化処理システムから未変換重油供給原料を提供し、前記未変換重油供給原料は水素化分解装置残油を含むこと;
場合により、第1の芳香族供給原料を前記未変換重油供給原料に添加して混合物を形成すること;
前記未変換重油供給原料または混合物を直接分離プロセスに送り不溶物を除去し、それにより未変換重油流を形成すること;
場合により、第2の芳香族供給原料を前記未変換重油流と組み合わせて第2の混合物を形成すること;
前記未変換重油流または第2の混合物を重油水素化処理プロセスに送り、それにより前記未変換重油流または前記第2の混合物から水素化処理重油流を形成すること;
ここで、前記第1または前記第2の芳香族供給原料の少なくとも1つが、前記未変換重油供給原料または前記未変換重油流と組み合わされること;
前記水素化処理重油流を分留装置に送ること;および
低硫黄燃料油生成物を回収すること
を含む、プロセス。 - 水素化処理システムをアップグレーディングするためのプロセスであって:
水素化処理システムから未変換重油供給原料を提供し、前記未変換重油供給原料は水素化分解装置残油を含むこと;
場合により、第1の芳香族供給原料を前記未変換重油供給原料に添加して混合物を形成すること;
前記未変換重油供給原料または混合物を直接分離プロセスに送り不溶物を除去し、それにより未変換重油流を形成すること;
場合により、第2の芳香族供給原料を前記未変換重油流と組み合わせて第2の混合物を形成すること;
前記未変換重油流または第2の混合物を重油水素化処理プロセスに送り、それにより前記未変換重油流または前記第2の混合物から水素化処理重油流を形成すること;
ここで、前記第1または前記第2の芳香族供給原料の少なくとも1つが、前記未変換重油供給原料または前記未変換重油流と組み合わされること;および、場合により、
前記水素化処理重油流を回収またはさらに処理すること
を含む、プロセス。 - 約0.5重量%未満の固形分を含む未変換重油を安定化するためのプロセスであって:
水素化処理システムから未変換重油供給原料を提供し、前記未変換重油供給原料は約0.5重量%未満の固形分を有する水素化分解装置残油を含むこと;
場合により、芳香族供給原料を前記未変換重油供給原料に添加して混合物を形成すること;
前記未変換重油供給原料または混合物を直接濾過プロセスに送り不溶物を除去し、それにより未変換重油流を形成すること;および
前記未変換重油流を回収すること;
ここで、前記未変換重油流は、さらなる水素化処理に適するように安定化されること、
を含む、プロセス。 - 未変換重油を水素化処理するためのプロセスであって:
水素化処理システムから未変換重油供給原料を提供し、前記未変換重油供給原料は水素化分解装置残油を含むこと;
前記未変換重油供給原料を重油水素化処理プロセスに送り、それにより前記未変換重油供給原料から水素化処理重油流を形成すること;および
前記水素化処理重油流を回収またはさらに処理すること
を含む、プロセス。 - 前記未変換重油が、前記水素化処理システムを通過し、未変換のままである油である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記水素化処理システムが、沸騰床水素化分解を含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記未変換重油が、水素化分解および脱金属化に供されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記プロセスが、IMO仕様を満たす低硫黄燃料油で使用するための生成物を提供する、請求項1〜5のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記低硫黄燃料油が、0.5重量%未満、または0.3重量%未満、または0.1重量%未満の硫黄含有量を有する、請求項9に記載のプロセス。
- 請求項1〜3または5のいずれか一項に記載のプロセスから生成された低硫黄燃料油。
- 前記プロセスが、成熟または熟成プロセスを除外する、請求項1〜3または5のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記プロセスが、沈殿プロセスを除外する、請求項1〜3または5のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記未変換重油供給原料が、水素化処理システムから直接濾過プロセスに送られ、不溶物が除去され、それにより前記未変換重油供給原料が形成される、請求項5に記載のプロセス。
- 前記未変換重油供給原料が、沸騰床水素化分解プロセスからの底部生成物を含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記未変換重油供給原料が、大気中残渣、真空中残渣、溶剤脱歴ユニットからのタール、大気中ガス油、真空ガスオイル、脱歴油、タールサンドまたはビチューメンに由来する油、石炭に由来する油、重質原油、再生油廃棄物およびポリマーに由来する油、またはそれらの組み合わせから得られる、請求項1〜5のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記分離プロセスが、メッシュ、スクリーン、クロスフロー濾過、逆洗濾過、またはそれらの組み合わせから選択される濾過を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記濾過が、10ミクロン未満の平均細孔径を有する濾過膜を含む、17に記載のプロセス。
- 前記濾過が、5ミクロン未満の平均細孔径を有する濾過膜を含む、17に記載のプロセス。
- 前記濾過が、2ミクロン未満の平均細孔径を有する濾過膜を含む、17に記載のプロセス。
- 前記濾過膜が、金属、ポリマー材料、セラミック、ガラス、ナノ材料、またはそれらの組み合わせから選択される材料から構成される、18に記載のプロセス。
- 前記濾過膜が、ステンレス鋼、チタン、青銅、アルミニウム、ニッケル、銅およびそれらの合金から選択される金属から構成される、18に記載のプロセス。
- 前記膜が、無機金属酸化物コーティングでさらにコーティングされる、請求項18に記載のプロセス。
- 前記芳香族供給原料が、ライトサイクルオイル、ミディアムサイクルオイル、ヘビーサイクルオイル、スラリーオイル、真空ガスオイル、またはそれらの混合物から選択される、請求項1〜4のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記芳香族供給原料が、約20体積%を超える芳香族、または約30体積%を超える芳香族、または約50体積%を超える芳香族、または約70体積%を超える芳香族、または約90体積%を超える芳香族を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記水素化処理プロセスへの前記供給原料が、以下:−5〜15の範囲のAPI、0.7〜3.5重量%の範囲の硫黄含有量、8〜35重量%のマイクロカーボン残油含有量、または150ppm未満のNiおよびVの総含有量、の1つまたは複数を満たす、請求項1〜3または5のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記水素化処理プロセスからの前記水素化処理重油流が、以下:2〜18の範囲のAPI、0.05〜0.70重量%の範囲の硫黄含有量、3〜18重量%のマイクロカーボン残油含有量、または30ppm未満のNiおよびVの総含有量、の1つまたは複数を満たす、請求項1〜3または5のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記重油水素化処理プロセスが、脱金属化触媒、脱硫触媒、またはそれらの組み合わせから選択される触媒を含む、請求項1〜3および5のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記重油水素化処理プロセスが、約5〜20体積%のグレーディングおよび脱金属化触媒、約10〜30体積%の遷移変換触媒、および約50〜80体積%の深層変換触媒を含む触媒組成物を含む、請求項1〜3および5のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記重油水素化処理プロセスが、約10〜15体積%のグレーディングおよび脱金属化触媒、約20〜25体積%の遷移変換触媒、および約60〜70体積%の深層変換触媒を含む触媒組成物を含む、請求項1〜3および5のいずれか一項に記載のプロセス。
- 請求項1〜3および5のいずれか一項に記載のプロセスによる未変換重油をアップグレーディングするための水素化処理システムであって、前記プロセスは、以下の水素化処理ユニットを含む:統合された重油処理装置(HOT)、濾過システム(FS)、重油ストリッパー(HOS)、1つまたは複数の高圧高温分離器(HPHT)、1つまたは複数の中圧高温分離器(MPHT)、大気圧カラム分留装置(ACF)、場合により真空カラム分留装置(VCF)、および場合によりHOTストリッパー;
ここで、前記水素化処理システムユニットは、炭化水素系供給流の水素化処理による流れのために、流体連通し、流体的に接続され、前記水素化処理システムユニットは、以下の条件に従って配置される:
FSユニットはHOTユニットの上流およびHOSユニットの下流に位置する;
HPHTユニットはMPHTユニットの上流に位置する;
HOSユニットはVCFユニットの上流に位置する;
HOTストリッパーはHOTユニットの下流に位置する;
HPHTユニットおよびMPHTユニットはHOSユニットの上流に位置する;
HPHTユニット、および場合によりMPHTユニットはHOTユニットの上流に位置する;
HPHTユニット、および場合によりMPHTユニットはACFおよびVCFユニットの上流に位置する;および
ACFユニット、および場合によりVCFユニットはHOTユニットの下流に位置する、水素化処理システム。 - 前記システムユニットが、以下のフロースルーシーケンスで配置される:HOSユニット、その後にFSユニット、その後にVCFユニット、その後にHOTユニット、およびその後にACFユニットが続く、請求項31に記載の水素化処理システム。
- 前記システムユニットが、以下のフロースルーシーケンスで配置される:HOSユニット、その後にVCFユニット、その後にFSユニット、その後にHOTユニット、およびその後にACFユニットが続く、請求項31に記載の水素化処理システム。
- 前記システムユニットが、以下のフロースルーシーケンスで配置される:HOSユニット、その後にFSユニット、その後にHOTユニット、およびその後にACFユニットが続く、請求項31に記載の水素化処理システム。
- 前記システムユニットが、以下のフロースルーシーケンスで配置される:HOSユニット、その後にFSユニット、その後にHOTユニット、その後にACFユニット、およびその後にVCFユニットが続く、請求項31に記載の水素化処理システム。
- 前記システムユニットが、以下のフロースルーシーケンスで配置される:HOSユニット、その後にFSユニット、およびその後にVCFユニットが続き;ならびにHOTユニット、その後にACFユニットが続き、ここで、VCFユニットは、前記HOTユニットへの供給流接続への底部画分再循環流体接続を含む、請求項31に記載の水素化処理システム。
- 前記システムユニットが、以下のフロースルーシーケンスで配置される:HOSユニット、その後にFSユニット、その後にHOTユニット、その後にACFユニット、およびその後にVCFユニットが続く、請求項31に記載の水素化処理システム。
- 前記システムユニットが、以下のフロースルーシーケンスで配置される:HOSユニット、その後にFSユニット、その後にVCFユニット、その後に第1のHOTユニット、その後にHPHTユニット、およびその後にHOTストリッパーユニットが続き、ここで、前記HOTストリッパーユニットは、前記HOSユニットへの供給流接続へのオーバーヘッド画分再循環流体接続を含み;ならびに第2のHOTユニット、その後にACFユニットが続き;ここで、前記第1のHOTユニットに続く前記HPHTユニットは、前記第1のHOTユニットへの供給流接続へのオーバーヘッド画分再循環流体接続を含む、請求項31に記載の水素化処理システム。
- HPHTユニットおよびMPHTユニットが、前記HOTユニットの下流および前記ACFユニットの上流に位置する、請求項31〜35または37のいずれか一項に記載の水素化処理システム。
- HPHTユニットが前記HOTユニットの上流に位置し、HPHTユニットが前記HOTユニットの下流および前記ACFユニットの上流に位置する、請求項36に記載の水素化処理システム。
- HPHTユニットが前記第2のHOTユニットの上流に位置し、HPHTユニットが前記第2のHOTユニットの下流および前記ACFユニットの上流に位置する、請求項38に記載の水素化処理システム。
- 前記システムが、水素の前記添加、追加の供給流、クエンチガスまたは液体、あるいはそれらの組み合わせを、1つまたは複数の前記システムユニット、あるいはユニット間の流体接続に提供するように構成される、請求項31〜41のいずれか一項に記載の水素化処理システム。
- 前記VCFユニットが、前記HOTユニットへの供給流接続への底部画分再循環流体接続および/または沸騰床反応器システムの供給流接続への底部画分再循環流体接続を含む、請求項35または37のいずれか一項に記載の水素化処理システム。
- 前記システムが、流体接続を含み、前記HOSユニットの上流、および場合により前記HOSユニットの下流の前記システムへの供給流導入のために構成される、請求項31〜43のいずれか一項に記載の水素化処理システム。
- 前記システムが、流体接続を含み、未変換重油、未変換真空中残渣、沸騰床水素化分解装置から生成された未変換真空中残渣、希釈剤またはカッターと組み合わされた沸騰床水素化分解装置から生成された未変換真空中残渣、沸騰床水素化分解装置から生成された未変換大気中残渣、あるいは希釈剤またはカッターと組み合わされた沸騰床水素化分解装置から生成された未変換大気中残渣から選択される供給流のために構成される、請求項31〜44のいずれか一項に記載の水素化処理システム。
- 前記希釈剤またはカッターが、灯油、ディーゼル、FCC/RFCCライトサイクルオイル、またはFCC/RFCCヘビーサイクルオイル、FCC/RFCC希釈原油(DCO)/スラリーオイル、真空ガスオイル(VGO)、大気中残渣(AR)、真空中残渣(VR)、またはそれらの組み合わせから選択される、請求項45に記載の水素化処理システム。
- 前記供給流が、沸騰床反応器または大気圧カラムまたは重油ストリッパーからであり、場合により、動作条件が、約2psig〜約300psigおよび約160°F〜約720°Fの範囲の温度である、請求項45〜46のいずれか一項に記載の水素化処理システム。
- 前記供給流が、沸騰床真空カラムからの底部生成物であり、場合により、前記動作条件が、約20〜700mmHgの範囲の真空圧力の圧力および約176〜720°Fの範囲の温度である、請求項45〜46のいずれか一項に記載の水素化処理システム。
- 前記供給流が、約180〜1050°F、または1050〜1700°F、または180〜1700°Fの沸騰範囲を有する精製プロセスユニット生成物をさらに含む、請求項45〜48のいずれか一項に記載の水素化処理システム。
- 前記FSユニットが、逆洗フィルター、クロスフローフィルター、カートリッジフィルター、またはそれらの組み合わせである、請求項31〜49のいずれか一項に記載の水素化処理システム。
- 前記FSユニットが、約10〜600psigの範囲の圧力および約176〜700°Fの範囲の温度で動作するように構成される、請求項50に記載の水素化処理システム。
- 前記未変換重油供給流または供給流成分が、前記水素化処理システムで処理する前に、場合により、逆洗フィルター、クロスフローフィルター、カートリッジフィルター、またはそれらの組み合わせで濾過される、請求項31〜51のいずれか一項に記載の水素化処理システム。
- 前記システムが、約1000〜3500psigの範囲の圧力および約500〜900°F、または500〜750°Fの温度で前記供給流を前記HOTユニットに提供するように構成される、請求項31〜52のいずれか一項に記載の水素化処理システム。
- 前記HOTユニットが、上向流固定床反応器、下向流固定床反応器、またはそれらの組み合わせを含み、場合により、前記反応器のいずれかが、多触媒床反応器、または複数の単一触媒床反応器、またはそれらの組み合わせである、請求項31〜53のいずれか一項に記載の水素化処理システム。
- 前記システムが、反応器または反応器床の間にクエンチガスおよび/またはクエンチ液を添加するために設けるように構成され、場合により、熱交換器がHOTユニット反応器の間に配置される、請求項54に記載の水素化処理システム。
- 前記HOTユニットからの流出物が、熱交換器で冷却されてもよく、オーバーヘッド流出物の約550〜800°Fの範囲内の温度で前記HPHTユニット内でフラッシュされる、請求項3〜55のいずれか一項に記載の水素化処理システム。
- HPHTユニットが、前記HOTユニットの下流および前記ACFユニットの上流に位置し、前記HPHTユニットが、前記HOSユニットの上流に位置するHPHTユニットへの蒸気画分接続を含む、請求項31〜35のいずれか一項に記載の水素化処理システム。
- 前記システムが、前記HOTユニットと前記ACFユニットとの間にHPHTユニットをさらに含み、前記システムが、前記HPHTユニットからの蒸気をHOT高圧ループ冷却、水洗、硫化水素、およびアンモニアクリーンアップに送るための流体接続を含む、請求項37に記載の水素化処理システム。
- 前記システムが、前記HOTユニットの上流にHPHTユニットをさらに含み、前記HPHTユニットからのオーバーヘッド蒸気が前記HOTユニットへの部分的または完全なガス供給として使用される、請求項36に記載の水素化処理システム。
- 前記システムが、ACFユニットの底部生成物、場合により、前記ACFユニットからの低硫黄燃料油生成物を生成するように構成される、請求項31〜59のいずれか一項に記載の水素化処理システム。
- 前記システムが、前記ACFユニットの底部生成物をVCFユニットに送るように構成される、請求項60に記載の水素化処理システム。
- 前記システムが、VCFユニットの底部生成物、場合により、前記VCFユニットからの低硫黄燃料油生成物を生成するように構成される、請求項61に記載の水素化処理システム。
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