用于加工烃类的超声波处理的制作方法
【专利说明】用于加工轻类的超声波处理
【背景技术】
[0001] 在石油工业中通常需要将较低质量的原料（例如，重质控油）"升级"为具有较高 经济价值的较低沸点控类。此外，石油工业继续需求可将重质整体石油原油转化为具有重 质控油含量的量大幅减少的较轻原油，特别是渐青质的工艺。通过重质控油、重质整体石油 原油和其它类似的原料，特别是高沸点石油精炼厂残余物的处理得到的其他优势包括加氨 脱硫（皿巧、加氨脱氮（皿脚、碳渣还原（CRR)、加氨脱金属化y化odemetallation) (HDM)和 沉淀物还原。
[0002]较低质量原料的特征为包括相对高数量的具有沸点为524°C巧75°F.)或更高的 控类。它们还包含相对高浓度的硫、氮和金属。高沸点部分通常具有高的分子量和/或低 的氨/碳比例，它的一个例子是一类统称为"渐青质"的复杂的化合物。渐青质难W加工且 通常引起传统催化剂和加氨处理设备的污染。
[0003]含相对高浓度的渐青质、硫、氮和金属的较低质量的原料的实例包括重质原油和 油砂渐青，和桶的底部沉积物和传统精炼工艺留下的残渣（统称为"重油"）。术语"桶的底 部沉积物"和"残渣"（或"渣油"）通常指常压塔底沉积物，其沸点〉343°C化50°F.)，或真 空塔底部沉积物，其沸点巧24°C巧75°F.)。术语"渣油渐青"和"真空渣油"通常用于指 沸点巧24°C巧75。F.)的部分。
[0004]加氨转化工艺，也已知为并在此称为加氨裂化，通过在过渡金属催化剂的存在下 使原料与氨气反应实现上述较低质量原料"升级"的目的，所述过渡金属催化剂例如多相负 载型催化剂、微米和纳米尺寸催化剂或均相催化剂，或它们的组合。多相过渡金属催化剂通 常负载在高比表面积高烙点氧化物例如氧化侣、二氧化娃、侣-娃酸盐和本领域技术人员 已知的其它物质上。运样的催化剂载体具有复杂的表面孔结构，其可包括直径相对小的孔 (即，微孔）和直径相对大的孔（即，大孔），其可影响催化剂的反应特性。对于通过改变孔 径、孔径分布、孔径比例和催化剂表面的其它方面来改变加氨转化催化剂的特性已进行了 相当大量的研究，运些研究已导致前述加氨转化的多个目的的实现。 阳0化]化Ison等人的美国专利第5, 435, 908号中公开了运样的成就的一个优异的实例， 其中负载型催化剂实现了良好水平的重控原料加氨转化为常压沸点小于538°C(1000°巧 的产物。同时，公开的所述催化剂和工艺产生常压沸点高于343°C化50°F.)具有低沉淀 物含量的液体和常压沸点高于538°C(1000°F.)具有低硫含量的产物。所述催化剂包括 负载在氧化侣上的第VIII族非贵金属氧化物和第VI-B族金属氧化物。所述氧化侣载体的 特征在于具有150-240mVg的总表面积，0. 7-0. 98的总孔体积（TPV)，和具有如下特征的孔 直径分布：其中《20%的TPVW直径小于或等于HWA的初级微孔存在，至少约34%TPV W直径为约100 A -200 A的次级微孔存在，和约26 % -46 %的TPVW直径为大于200 A的 大孔存在。
[0006]A1化ich等人的美国专利第5, 108, 581号公开了另一个基本实现重油原料加氨转 化的一些上述目标的方法。正如在'581专利中所公开的，将可分散的或可降解的催化剂 前驱体（即，均相的催化剂前驱体）连同氨气，优选含硫化氨的氨气，加入到所述重油原料 中，且在压力下加热所述混合物w形成催化剂浓缩物。然后将所述催化剂浓缩物加入被引 入加氨转化反应器的重油原料主体中。用于形成所述催化剂浓度的合适的条件包括溫度至 少260°C巧00。巧和从170kPa(l〇psig)至13,890kPa(2000psig)的高压，示例性条件为 380°C (716°巧和9,754kPa(9,754kPa)。正如该公开所教导的，运样的条件的目的是分解 所述催化剂前驱体W在其与加氨转化反应器中的重质原料油的主体混合之前形成分散在 催化剂浓缩物的控油中的催化剂颗粒。
[0007] 然而，尽管运些进步，重质控油的加氨转化工艺仍需要高的反应器溫度（例如，高 于315°C化00°巧）和高压（例如，高于13,890kPa(2000psig))的含氨气体。由于氨气的 高溫和高压的组合，由于氨的高消耗，加氨转化反应器的构建和操作成本是相当大的，所述 反应器必须非常稳健W承受所述操作压力，且，由于高的操作压力，具有与操作加氨转化反 应器相关的相当大的安全问题。
[0008] 减少运些成本和提高所述反应器的安全性的一个方法是降低所述反应器的压力。 然而，降低压力的一个障碍是本领域中已知在低于13, 890kPa(2000psig)的压力下操作加 氨转化反应器引起反应器中难W处理的残渣的形成和产物流中高水平的沉淀物。反应器和 其他工艺系统中残渣和其他沉淀物的收集引起不可预知的和不稳定的反应器条件。如果要 避免运些，需要频繁的反应器关机和清洁，运导致产量的损失，因为反应器不是"在线"的。 从产品质量的观点、从反应器操作的观点或更重要的从安全的观点考虑，明显不稳定的和 不可预知的反应器条件是不满足需要的。
【发明内容】
[0009] 本文描述的是用于升级或提升重油原料的质量的系统和方法。重油原料通常具有 低的经济价值，然而升级的重油含有较大比例的高价值的、低沸点的成分。本文描述的系统 和方法利用超声波法W传送超声能量（例如，空化力、剪切、微射流、冲击波、微对流、局部 热点等）至所述重油中并在传统不认为适合于处理重油的条件下驱动加氨转化。例如，本 文描述的系统和方法在比传统认为可能的压力低的多的压力下（例如，少于5(K)psig)在加 氨裂化反应中利用氨。运提高了安全性并降低了重油升级的成本。
[0010] 在一个实施方案中，描述了重油升级系统。所述重油升级系统包括超声反应器，其 包括重油原料，和压力容器，所述压力容器含被配置用于在所述压力容器中将所述重油原 料加热至足W用于加氨裂化的溫度的加热器，在小于5(K)psig下分散在所述重油原料中的 氨气，和被配置用于升级所述重油原料的催化剂。所述超声反应器进一步包括被放置且被 配置用于与所述重油原料、氨气和催化剂接触W传送超声能量的超声发生器。所述超声反 应器可流动地与一个或多个下游的分离器结合用于从所述重油原料中回收升级的产物和/ 或与下游的反应器结合用于进一步反应（即，进一步升级）来自所述超声反应器的重油。
[0011] 在一个实施方案中，所述超声发生器可包括位于所述压力容器内与重油原料接触 的超声发送器。尽管超声波处理可影响混合，也需要在所述压力容器内包括混合器用于混 合与所述超声发送器接触的重油原料。在另一个实施方案中，所述超声发生器可包括与所 述压力容器流动结合的循环通道，位于沿着所述循环通道放置的流动池中的超声发送器， 和与所述循环通道流动结合的累，所述累被配置W从所述压力容器中抽重油原料，经过所 述循环通道和所述流动池，并返回至所述压力容器。
[0012] 在另一个实施方案中，公开了用于升级重油原料的方法。所述方法包括（1)提供 重油原料、氨气和被配置用于升级所述重油原料的催化剂，（2)提供超声反应器，所述超声 反应器包括压力容器、被配置用于将压力容器中的重油原料加热至足W加氨裂化的溫度的 加热器和被放置W与所述重油原料接触的超声发生器，和（3)在加氨裂化条件下使氨气、 重油原料和催化剂超声反应器结合W将至少部分重油原料转化为较低沸点的控类，其中所 述氨气为小于5(K)psig。所述方法进一步包括（4)传送超声能量至重油原料与重油原料、氨 气和催化剂接触W从所述重油原料形成挥发性的升级的产物和非挥发性的升级的产物，和 (5)从升级的重油原料中回收挥发性的和非挥发性的升级的产物。
[0013] 在另一个实施方案中，公开了用于升级重油原料的方法。所述方法包括（1)提供 重油原料、氨气和被配置用于升级所述重油原料的催化剂，其中所述催化剂为固定床催化 剂、揽拌床催化剂、沸腾床催化剂或浆态催化剂中的至少一种，（2)提供第一超声反应器，所 述第一超声反应器包括压力容器、被配置用于将压力容器中的重油原料加热至足W加氨裂 化的溫度的加热器和被放置与所述重油原料接触的超声发生器，（3)在加氨裂化条件下使 氨气、重油原料和催化剂超声反应器结合W将至少部分重油原料转化为较低沸点的控类， 其中所述氨气为小于5(K)psig，和（4)传送超声能量至重油原料与重油原料、氨气和催化剂 接触W形成包括挥发性的升级的产物和非挥发性的升级的产物的升级的重油原料。
[0014] 所述方法进一步包括步骤巧）：将来自第一超声反应器的升级的重油原料转移至 闪蒸分离器，所述闪蒸分离器被配置用于从升级的重油原料中分离未反应的氨和挥发性的 升级的产物，和步骤化）：将来自闪蒸分离器的升级的重油原料转移至第一返混鼓泡反应 器。所述方法进一步包括步骤（7):将来自第一返混鼓泡反应器的升级的重油原料转移至 级间分离器，所述级间分离器被配置用于从来自第一返混鼓泡反应器的升级的重油原料中 分离未反应的氨和挥发性的控类，步骤（8):将来自级间反应器的升级的重油原料转移至 第二返混鼓泡反应器，和步骤巧）：从来自第一超声反应器、闪蒸分离器、第一返混鼓泡反 应器、级间分离器或第二返混鼓泡反应器中的一个或多个的升级的重油原料中回收非挥发 性的升级的产物。
[0015] 将理解在不偏离本发明的精神下可改变本文公开的装置和方法中列举的第一超 声反应器、闪蒸分离器、第一返混鼓泡反应器、级间分离器或第二返混鼓泡反应器中的一个 或多个的顺序。同样地，将理解在不偏离本发明的精神下可复制本文公开的装置和方法中 列举的第一超声反应器、闪蒸分离器、第一返混鼓泡反应器、级间分离器或第二返混鼓泡反 应器中的任何一个。
[0016] 从下面的描述和附加的权利要求中本发明的运些或其他目的将变得更加充分明 显，或通过下文提出的本发明的实践而获得。
【附图说明】
[0017] 为进一步清楚显示本发明的上述或其他优势和特征，将参考附图中说明的其具体 的实施方案进行本发明更详细的描述。应当意识到的是运些附图仅描述本发明的示例性实 施方案并不因此被认为限制本发明的范围。将通过附图的使用用附加的特征和细节描述和 解释本发明，其中：
[0018] 图1示出了使用超声反应器升级控类的工艺流程图；
[0019] 图2示出了根据本发明的一个实施方案在