Двухступенчатый способ насыщения ароматических соединений дизельного топлива, использующий катализатор на основе неблагородного металла
Изобретение относится к способу улучшения свойств дистиллятного исходного сырья, характеризующегося концентрацией органического азота, концентрацией полиароматических соединений и цетановым индексом, где упомянутый способ включает: введение упомянутого дистиллятного исходного сырья в контакт с первым катализатором, содержащимся в первой зоне реакции, для гидроденитрогенирования органических азотсодержащих соединений и для насыщения полиароматических соединений, при этом в дистиллятном исходном сырье концентрация азоторганических соединений находится в диапазоне от 100 ч./млн (масс.) до 3500 ч./млн (масс.), концентрация серы находится в диапазоне от около 0,1% масс. до около 3,5% масс., концентрация полиароматических соединений находится в диапазоне от 12% масс. до 50% масс., концентрация моноароматических соединений находится в диапазоне от 1% масс. до 25% масс., и при этом упомянутая первая зона реакции функционирует в условиях, подходящих для гидроденитрогенирования и насыщения полиароматических соединений, и получение из упомянутой первой зоны реакции подвергнутого обработке отходящего продукта, характеризующегося пониженной концентрацией органического азота по отношению к упомянутой концентрации органического азота и пониженной концентрацией полиароматических соединений по отношению к упомянутой концентрации полиароматических соединений; разделение упомянутого подвергнутого обработке отходящего продукта на тяжелую фракцию и более легкую фракцию; введение упомянутой тяжелой фракции в контакт со вторым катализатором, содержащимся во второй зоне реакции, для насыщения моноароматических соединений, где упомянутая вторая зона реакции функционирует в условиях, подходящих для насыщения моноароматических соединений, и при этом давление реакции во второй зоне реакции выше, чем давление реакции в первой зоне реакции; и получение из упомянутой второй зоны реакции продукта реактора, при этом упомянутый второй катализатор включает катализатор на основе неблагородного металла, содержащий либо никелевый компонент, либо кобальтовый компонент, и либо молибденовый компонент, либо вольфрамовый компонент, нанесенные на носитель на основе неорганического оксида, и где упомянутый продукт реактора включает дистиллятную часть; подачу дистиллятной части в отпарную колонну для продукта для получения дизельного топлива, содержащего азот в концентрации менее чем 100 ч./млн (масс.), серу в концентрации менее чем 50 ч./млн (масс.), полиароматические соединения в концентрации менее чем 11% масс. и моноароматические соединения в количестве в диапазоне от около 0,5% масс. до около 30% масс. и характеризующегося улучшенным цетановым индексом по отношению к упомянутому цетановому индексу для упомянутого дистиллятного исходного сырья. Способ изобретения обеспечивает получение высококачественного низкосернистого и низкоазотистого товарного дизельного топлива, которое характеризуется значительно меньшим уровнем содержания ароматических соединений в сопоставлении с тем, что имеет место для дистиллятного исходного сырья, демонстрируя высокое значение для своего высокого цетанового индекса. 10 з.п. ф-лы, 1 ил.
Настоящая заявка заявляет выгоду от находящихся на рассмотрении предварительной патентной заявки США с регистрационным номером 61/825313, поданной 20 мая 2013 года; и предварительной патентной заявки США с регистрационным номером 61/828743, поданной 30 мая 2013 года.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу улучшения свойств дистиллятного исходного сырья, характеризующегося концентрацией органического азота, концентрацией полиароматических соединений и цетановым индексом.
Уровень техники
Дистиллятное исходное сырье, которое характеризуется значительными концентрациями органического азота и полиароматических соединений, более трудно подвергается облагораживанию в результате удаления азота и полиароматических соединений в целях получения продукции, отвечающей требованиям рынка, в сопоставлении с тем, что имеет место при необходимости облагораживания дистиллятного исходного сырья, для которого первоочередная задача заключается в удалении органической серы и моноароматических соединений.
В последние годы технические характеристики по качеству дистиллятного продукта стали более жесткими, что сделало более трудным удовлетворение техническим характеристикам по качеству при использовании существующих технологических схем. Вследствие наличия данных новых более жестких технических характеристик по качеству существующие способы необходимо модифицировать таким образом, чтобы сделать возможной переработку дистиллятного исходного сырья для получения продуктов, которые удовлетворяют техническим характеристикам. Кроме того, желательно разработать новые способы, которые могут обеспечить изготовление дистиллятных продуктов, которые удовлетворяют более жестким стандартам. Для товарного дизельного топлива качество коррелирует с цетановым индексом. В общем случае желательно иметь высокий цетановый индекс, который предпочтительно составляет более, чем 40. Значение цетанового индекса для дизельного топлива имеет тенденцию к отрицательной корреляции с уровнем концентрации ароматических соединений, при этом более высокие концентрации ароматических соединений имеют тенденцию к уменьшению цетанового индекса, а более низкие концентрации имеют тенденцию к увеличению цетанового индекса.
При переработке исходного сырья для дизельного топлива обычно более трудными являются преобразование или удаление концентраций полиароматических соединений в сопоставлении с преобразованием или удалением сравнимых концентраций моноароматических соединений, а также более трудными являются преобразование или удаление концентраций органического азота в сопоставлении с преобразованием или удалением сравнимых уровней концентрации органической серы.
Один способ получения низкосернистого товарного дизельного топлива, характеризующегося высоким цетановым числом, описывается в патенте США 7790020. В данном способе подаваемый поток дизельного топлива сначала подвергают воздействию стадии гидродесульфурирования, осуществляемой в условиях низкого давления, при минимальном насыщении ароматических соединений. После этого отходящий продукт из зоны десульфурирования вводят в зону разделения, в результате чего его разделяют на поток пара и поток жидкого углеводорода. К потоку жидкого углеводорода подмешивают водород, и смесь перепускают в зону по существу жидкофазной непрерывной реакции, которая функционирует в условиях высокого давления, значительно большего, чем на стадии гидродесульфурирования, для обеспечения насыщения ароматических соединений и получения отходящего продукта, характеризующегося улучшенным цетановым числом, составляющим, по меньшей мере, 40. Вследствие функционирования зоны гидрообработки при низком давлении, для рециркуляции водорода с отправлением в зону гидродесульфурирования первой ступени используют небольшой рециркуляционый компрессор низкого давления вместо рециркуляционного компрессора высокого давления. Отсутствует какое-либо упоминание о гидроденитрогенировании или частичном насыщении полиароматических соединений с образованием моноароматических соединений, имеющих место на первой стадии способа. Вследствие функционирования на первой стадии при низком давлении предположительно какого-либо значительного гидроденитрогенирования исходного сырья, характеризующегося высокой концентрацией органического азота, не протекает. Кроме того, необходимо отметить то, что отсутствует какое-либо упоминание использования множества слоев катализатора, заключенных в одну реакторную емкость, или использования межслоевого закаливания.
Еще один способ, описанный на современном уровне техники гидрообработки среднедистиллятных подаваемых потоков для получения низкосернистого и низкоароматического товарного дизельного топлива, описывается в патенте США 5110444. В данном способе используют три последовательные зоны реакции, при этом первые две зоны реакции предназначены для получения высокой степени десульфурирования, а третья зона реакции предназначена для получения высокой степени насыщения ароматических соединений. Углеводороды, покидающие первую и вторую зоны реакции, подвергают противоточному отпариванию при использовании водорода для удаления сероводорода перед перепусканием в следующую зону реакции. В первой зоне реакции используют катализатор десульфурирования, который содержит никель и молибден или кобальт и молибден на носителе. Вторая зона реакции обеспечивает прохождение мягкого десульфурирования, и в ней используют катализатор на основе благородного металла. Вторую зону реакции выдерживают в условиях десульфурирования, подобных условиям первой зоны реакции, но она функционирует при более высоком давлении и более низкой температуре. Третьей зоной реакции является зона гидрирования, которая содержит катализатор, содержащий благородный металл на неорганическом носителе. Условия проведения реакции в третьей зоне реакции выдерживают для обеспечения насыщения существенной части ароматических углеводородов, присутствующих в поступающих материалах, при низкой концентрации сероводорода и наибольшем давлении и наименьшей температуре среди трех зон реакции способа.
В патенте США 5114562 описывается способ гидрообработки среднедистиллятных подаваемых потоков для получения низкосернистого и низкоароматического продукта. В способе патента США 5114562 используют две последовательные зоны реакции вместо трех последовательных зон реакции, как в способе патента США 5110444. Первая зона реакции предназначена для обеспечения достижения высокой степени десульфурирования, а вторая зона реакции предназначена для обеспечения достижения высокой степени насыщения ароматических соединений. Отходящий продукт из первой зоны реакции продувают от сероводорода в результате противоточного отпаривания при использовании водорода перед перепусканием во вторую зону реакции. В первой зоне реакции используют катализатор десульфурирования, содержащий никель и молибден или кобальт и молибден на носителе, а во второй зоне реакции используют катализатор гидрирования на основе благородного металла, который содержит платину или палладий на оксиде алюминия.
Несмотря на наличие широкого спектра принципиальных технологических схем, рабочие условия и катализаторы, которые используют при переработке среднедистиллятного исходного сырья для получения товарного дизельного топлива, всегда существует желание предложить новые и более экономичные или лучшие способы изготовления товарного дизельного топлива. Во многих случаях даже незначительные вариации технологических потоков или рабочих условий или использующегося катализатора могут оказывать значительное воздействие на технологические эксплуатационные характеристики и качество конечных продуктов.
Краткое раскрытие изобретения
В соответствии с этим, предлагается способ улучшения свойств дистиллятного исходного сырья, характеризующегося концентрацией органического азота, концентрацией полиароматических соединений и цетановым индексом. Способ включает введение указанного дистиллятного исходного сырья в контакт с первым катализатором, содержащимся в первой зоне реакции, для гидроденитрогенирования содержащихся органических азотсодержащих соединений и для насыщения полиароматических соединений, где первая зона реакции функционирует в подходящих для использования условиях гидроденитрогенирования и насыщения полиароматических соединений, и получение из первой зоны реакции подвергнутого обработке отходящего продукта, характеризующегося пониженной концентрацией органического азота по отношению к исходной концентрации органического азота и пониженной концентрацией полиароматических соединений по отношению к исходной концентрации полиароматических соединений. Подвергнутый обработке отходящий продукт разделяют на тяжелую фракцию и более легкую фракцию. Тяжелую фракцию вводят в контакт со вторым катализатором, содержащимся во второй зоне реакции, для насыщения моноароматических соединений, где вторая зона реакции функционирует в подходящих для использования условиях насыщения моноароматических соединений, и из второй зоны реакции получают продукт реактора, при этом второй катализатор включает катализатор на основе неблагородного металла, содержащий либо никелевый компонент, либо кобальтовый компонент и либо молибденовый компонент, либо вольфрамовый компонент, нанесенные на носитель на основе неорганического оксида, и где продукт реактора включает дистиллятную часть, характеризующуюся улучшенным цетановым индексом по отношению к цетановому индексу для дистиллятного исходного сырья.
Краткое описание чертежа
Фигура 1 представляет собой упрощенную принципиальную технологическую схему, представляющую один вариант осуществления способа изобретения, предназначенного для улучшения свойств дистиллятного исходного сырья в целях получения высококачественного товарного дизельного топлива.
Подробное раскрытие изобретения
Как это упоминалось выше, способ изобретения имеет дело с переработкой среднедистиллятного исходного сырья в целях получения низкосернистого дизельного топлива, которое характеризуется низким уровнем содержания ароматических соединений. Низкий уровень содержания ароматических соединений обеспечивает получение товарного дизельного топлива, которое характеризуется высоким значением своего цетанового индекса. Данный способ является в особенности хорошо подходящим для использования при переработке среднедистиллятного исходного сырья, характеризующегося высокими концентрациями органических азотсодержащих соединений, которые должны быть удалены, а также высокими концентрациями органических серосодержащих соединений, для получения низкосернистого, а предпочтительно ультранизкосернистого, товарного дизельного топлива. Особенность способа также заключается в обеспечении переработки такого среднедистиллятного исходного сырья, которое также характеризуется концентрацией полиядерных ароматических соединений, которые должны быть удалены для получения товарного дизельного топлива, удовлетворяющего требуемым характеристикам по качеству, представляемым его характеристическим цетановым индексом.
Способы предшествующего уровня техники обычно не фокусируются на удалении органических азотсодержащих соединений из дистиллятного исходного сырья, но вместо этого концентрируются на десульфурировании. Данные способы, кроме того, не обращаются ни к денитрогенированию, ни к насыщению полиядерных ароматических соединений дистиллятного исходного сырья, характеризующегося атипично высокими концентрациями как органического азота, так и полиядерных ароматических соединений, а также концентрациями органической серы. Однако, способ изобретения обеспечивает переработку такого трудного для обработки исходного сырья в целях получения низкосернистого, предпочтительно ультранизкосернистого, товарного дизельного топлива, которое характеризуется в особенности низкими концентрациями как полиядерных, так и моноароматических соединений.
Еще одна особенность способа изобретения заключается в обеспечении в нем переработки трудного для обработки исходного сырья без использования исключительно дорогостоящих катализаторов на основе благородных металлов. Способ обеспечивает использование определенных малоценных катализаторов на основе неблагородных металлов при насыщении ароматических соединений.
Исходное сырье способа изобретения выбирают из средних дистиллятов, таких как дизельное топливо, реактивное топливо, керосин и газойли. Конкретным исходным сырьем, на котором фокусируется способ, является то среднедистиллятное исходное сырье, которое характеризуется значительными концентрациями органических азотсодержащих соединений и полиядерных ароматических соединений, которые должны быть удалены в целях получения конечного товарного дизельного топлива, которое удовлетворяет требуемым стандартам по качеству. Данное исходное сырье обычно отличительным образом характеризуется низким цетановым индексом вследствие присутствия значительных концентраций моно- или полиядерных ароматических соединений. Данное исходное сырье также обычно характеризуется в значительной степени высокими концентрациями органической серы, которая также должна быть удалена в целях получения конечного товарного дизельного топлива, характеризующегося достаточно низкой концентрацией серы для удовлетворения требованиям к низкосернистому товарному дизельному топливу, а предпочтительно ультранизкосернистому товарному дизельному топливу.
Средние дистилляты обычно содержат углеводородную фракцию, кипящую в интервале от около 300°F (149°С) до около 700°F (371°С) согласно определению при использовании метода испытания ASTM D86. Интервал температур кипения керосина находится в диапазоне от около 300°F (149°С) до около 450°F (232°С), а интервал температур кипения дизельного топлива находится в диапазоне от около 450°F (232°С) до около 700°F (371°С). Бензин обычно характеризуется интервалом температур кипения в диапазоне от температуры кипения амиленов до температуры выкипания, составляющей около 400°F (204°С). Фракция газойля обычно будет характеризоваться интервалом температур кипения в диапазоне от около 600°F (316°С) до около 780°F (416°С). Интервалы температур кипения у различных фракций продуктов будут варьироваться в зависимости от конкретной рыночной конъюнктуры, местоположений нефтеперерабатывающих предприятий и тому подобного. Обычным делом являются различие или перекрывание интервалов температур кипения при переходе от одного нефтеперерабатывающего предприятия к другому.
Среднедистиллятное исходное сырье может включать любых одного или нескольких представителей из широкого спектра исходного сырья, такого как прямогонное дизельное топливо, реактивное топливо, керосин или газойли, вакуумные газойли, дистилляты коксования, дистилляты установки каталитического крекинга и дистилляты установки гидрокрекинга. Предпочтительным среднедистилятным исходным сырьем является то, которое может быть подвергнуто переработке при использовании способа изобретения в целях получения конечного товарного дизельного топлива, которое удовлетворяет техническим характеристикам продукции, отвечающей требованиям рынка, но в особенности низкосернистого или ультранизкосернистого товарного дизельного топлива, которое характеризуется высоким цетановым индексом.
Предпочитается, чтобы среднедистиллятное исходное сырье для способа характеризовалось бы температурой начала кипения, большей, чем около 350°F (177°С), а также предпочитается, чтобы оно характеризовалось бы температурой выкипания 10%, составляющей, по меньшей мере, около 370°F (188°С). Предпочитается, чтобы температура выкипания 90% среднедистиллятного исходного сырья составляла бы менее, чем около 700°F (371°С).
Среднедистиллятное исходное сырье для способа характеризуется концентрацией азотсодержащих соединений, большинство из которых представляют собой азоторганические соединения, величиной в диапазоне от 100 ч./млн. (масс.) до 3500 ч./млн. (масс.). Более часто для дистиллятного исходного сырья, с которым предположительно обращаются в способе, концентрация азота в среднедистиллятном исходном сырье находится в диапазоне от 200 ч./млн. (масс.) до 2500 ч./млн. (масс.), а наиболее часто от 250 ч./млн. (масс.) до 1000 ч./млн. (масс.).
При обращении в настоящем документе к уровню содержания азота в потоке исходного сырья, продукта или другого углеводорода приведенная концентрация представляет собой величину уровня содержания азота согласно определению при использовании метода испытания ASTM D5762-12, названного «Standard Test Method for Nitrogen in Petroleum and Petroleum Products by Boat-Inlet Chemiluminescence». Единицы измерения, использующиеся в данном описании изобретения, такие как ч./млн. (масс.) или % (масс.), при обращении к уровню содержания азота, представляют собой величины, которые соответствуют тем величинам, которые приводят согласно документу ASTM D5762, то есть, микрограммы/грамм (мкг/г) азота, но при преобразовании в упомянутую единицу измерения.
Уровень содержания совокупной серы в среднедистиллятном исходном сырье обычно будет находиться в диапазоне от около 0,1% (масс.) до около 3,5% (масс.). Однако, более часто уровень содержания серы, которая в общем случае имеет форму органических серосодержащих соединений, находится в диапазоне от 0,15% (масс.) до 2,0% (масс.).
При обращении в настоящем документе к терминам «уровень содержания серы» или «совокупная сера» или при другом подобном обращении к количеству серы, которое содержится в потоке исходного сырья, продукта или другого углеводорода, подразумевается величина для совокупной серы согласно определению при использовании метода испытания ASTM D2622-10, названного «Standard Test Method for Sulfur in Petroleum Products by Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometry)). Использование значений в массовых процентах (% (масс.)) в данном описании изобретения при обращении к уровню содержания серы соответствует значениям в % (масс.), которые бы приводились в соответствии с методом испытания ASTM D2622-10.
Одна из конкретных проблем, к которым способ изобретения пытается обратиться, заключается в переработке среднедистиллятного исходного сырья, которое характеризуется значительными концентрациями полиароматических или полиядерных ароматических углеводородов, в целях получения товарного дизельного топлива, которое характеризуется в значительной степени низким уровнем содержания ароматических соединений, таким, что его цетановый индекс является приемлемо высоким. Не все исходное сырье будет характеризоваться значительными концентрациями полиароматических соединений. Полиароматические соединения, как это известно, являются в особенности активными загрязнителями атмосферы, и их присутствие в дизельном топливе имеет тенденцию к уменьшению его цетанового индекса.
Полиароматические соединения в общем случае состоят из конденсированных ароматических колец и обычно не содержат гетероатомов и не имеют заместителей. Наиболее простым из полиароматических соединений является нафталин, который содержит только два ароматических кольца. Другие простые полиароматические соединения включают, например, антрацен (3 кольца), тетрацен (4 кольца) и пентацен (5 колец). Полиароматические молекулы среднедистиллятного исходного сырья для способа преимущественно содержат два и три ароматических кольца при очень малом, если вообще хоть каком-либо, содержании соединений с четырьмя кольцами. Ароматические кольца полиароматических соединений могут быть скомпонованы в любом порядке и при отсутствии какой-либо конкретной геометрической компоновки друг относительно друга.
Концентрация полиароматических соединений в среднедистиллятном исходном сырье изобретения обычно будет составлять, по меньшей мере, около 12% (масс.) исходного сырья. Один из признаков способа изобретения заключается в обеспечении переработки среднедистиллятного исходного сырья, которое характеризуется в значительной степени высокими концентрациями полиароматических соединений, и, таким образом, количество полиароматических соединений, содержащихся в исходном сырье для способа, может превосходить 15% (масс.), и оно может составлять даже более, чем 17% (масс.). Верхняя граница диапазона концентрации полиароматических соединений в среднедистиллятном исходном сырье может составлять менее, чем 50% (масс.) или менее, чем 30% (масс.) или даже менее, чем 15% (масс.). Типичный диапазон концентрации полиароматических соединений может находиться в пределах от 12% (масс.) до 50% (масс.) или от 15% (масс.) до 30% (масс.) или до 25% (масс.).
Что касается моноароматических соединений, например, бензола и производных бензола, таких как алкилароматические соединения толуола, ксилола, этилбензола и тому подобного, то их концентрация в среднедистиллятном исходном сырье составляет, самое большее, 40% (масс.). Обычно концентрация моноароматических соединений в среднедистиллятном исходном сырье находится в диапазоне от более, чем 1% (масс.) и до менее, чем 25% (масс.), а более часто она находится в диапазоне от 2% (масс.) до 15% (масс.).
Методом, использующимся для определения типа углеводорода (то есть насыщенных, моноароматических, диароматических и полиароматических соединений) и измерения количеств моноароматических углеводородов, диароматических углеводородов, триароматических углеводородов в потоке исходного сырья, продукта или другого углеводорода, является метод IP391, в котором используют высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ) при детектировании показателя преломления.
Термин «цетановый индекс», который используется в данном описании изобретения, представляет рассчитанное число на основе плотности дизельного топлива и его интервала выкипания согласно определению при использовании метода испытания ASTM D86. Поэтому термин «цетановый индекс» в соответствии с его использованием в настоящем документе обозначает рассчитанное число согласно его определению при использовании метода испытания ASTM D4737, названного «Calculated Cetane Index by Four Variable Equation». Данный метод четырех контрольных точек базируется на плотности дизельного топлива и температурах извлечения при выкипании 10%, 50% и 90% для перегонки дизельного топлива согласно определению при использовании метода испытания ASTM D86.
Среднедистиллятное исходное сырье для способа в общем случае будет характеризоваться низким цетановым индексом, что делает его неподходящим для использования в качестве дизельного топлива даже если это исходное сырье соответствует другим техническим характеристикам продукта, таким как уровень содержания серы и уровень содержания азота. Таким образом, цетановый индекс для среднедистиллятного исходного сырья составляет менее, чем около 40. Однако более часто его цетановый индекс составляет менее, чем 35 и даже менее, чем 30.
Один из выгодных аспектов способа изобретения заключается в обеспечении переработки среднедистиллятного исходного сырья для получения конечного товарного дизельного топлива, характеризующегося в подходящем для использования случае высоким цетановым индексом. Предпочитается, чтобы цетановый индекс для конечного товарного дизельного топлива составлял бы, по меньшей мере, 40. Обычно способ может обеспечить получение товарного дизельного топлива, характеризующегося цетановым индексом, в диапазоне от около 40 до около 50. Наиболее предпочитается, чтобы цетановый индекс был бы по возможности более высоким и, таким образом, большим, чем 45 и даже большим, чем 49. Практическая верхняя граница у диапазона значений цетанового индекса для конечного товарного дизельного топлива, полученного при использовании способа, составляет менее, чем 65 или даже менее, чем 60.
Термин «цетановый индекс», который используется в данном описании изобретения, представляет рассчитанное число на основе плотности дизельного топлива и его интервала выкипания согласно определению при использовании метода испытания ASTM D86. Поэтому термин «цетановый индекс» в соответствии с его использованием в настоящем документе обозначает рассчитанное число согласно его определению при использовании метода испытания ASTM D4737, названного «Calculated Cetane Index by Four Variable Equation)). Данный метод четырех контрольных точек базируется на плотности дизельного топлива и температурах извлечения при выкипании 10%, 50% и 90% для перегонки дизельного топлива согласно определению при использовании метода испытания ASTM D86.
Способ изобретения включает две зоны реакции. Первая зона реакции, которая определяется первой реакторной емкостью, функционирует в подходящих для использования условиях гидроденитрогенирования и насыщения полиароматических соединений в целях обеспечения гидроденитрогенирования органического азота и насыщения полиароматических соединений, которые содержатся в среднедистиллятном исходном сырье, до получения, по меньшей мере, моноароматических соединений. Из первой зоны реакции получают подвергнутый обработке отходящий продукт. Подвергнутый обработке отходящий продукт характеризуется концентрацией органического азота и концентрацией полиароматических соединений, которые понижены ниже таких концентраций в дистиллятном исходном сырье, загружаемом в первую зону реакции.
Вторая зона реакции, которая определяется второй реакторной емкостью, функционирует в подходящих для использования условиях насыщения моноароматических соединений в целях обеспечения удаления в результате насыщения, по меньшей мере, части моноароматических соединений, которые содержатся в подаваемом потоке тяжелой фракции, загружаемом во вторую зону реакции. Подаваемый поток тяжелой фракции направляют из первого сепаратора, который располагается в промежутке между первой зоной реакции и второй зоной реакции. Первый сепаратор определяет первую зону разделения, которая принимает подвергнутый обработке отходящий продукт из первой зоны реакции. Первый сепаратор обеспечивает разделение подвергнутого обработке отходящего продукта на тяжелую фракцию и более легкую фракцию. Тяжелую фракцию перепускают из первой зоны разделения в качестве подаваемого потока во вторую зону реакции.
Из второй зоны реакции получают продукт реактора, который содержит дистиллятную часть. Данный продукт реакции характеризуется концентрацией моноароматических соединений, которая понижена по отношению к концентрации моноароматических соединений в подаваемом потоке тяжелой фракции во вторую зону реакции вследствие насыщения, по меньшей мере, части моноароматических соединений, содержащихся в тяжелой фракции. Данное уменьшение величины концентрации ароматических соединений в подаваемом потоке тяжелой фракции коррелирует с улучшением или усовершенствованием цетанового индекса для дистиллятной части тяжелой фракции в сопоставлении с цетановым индексом для дистиллятного исходного сырья для способа.
В способ обычно требуется добавлять водород вследствие гидроденитрогенирования, гидродесульфурирования и насыщения ароматических соединений, которые обеспечиваются в способе. Таким образом, в способ вводят подпиточный водород. Введение в способ подпиточного водорода может иметь место в любом одном из нескольких подходящих для использования местоположений. Подпиточный водород может быть введен совместно с дистиллятным исходным сырьем, или он может быть введен на стороне всасывания рециркуляционного компрессора для водорода (описываемого ниже), или он может быть введен в тяжелую фракцию, или он может быть введен в любом количестве других подходящих для использования местоположений в способе. В одном желательном варианте осуществления способа изобретения подаваемый поток подпиточного водорода, который содержит водород, вводят в тяжелую фракцию перед введением получающейся в результате смеси, содержащей подпиточный водород и тяжелую фракцию, во вторую зону реакции.
Водород и более легкие углеводороды должны быть отделены от продукта реактора второй зоны реакции в целях получения конечного товарного дизельного топлива, которое удовлетворяет требуемым техническим характеристикам продукта. После этого продукт реактора перепускают из второй зоны реакции во второй сепаратор. Второй сепаратор определяет вторую зону разделения, которая принимает продукт реактора и обеспечивает его разделение на первую водородную часть и деароматизированную дистиллятную часть. Первая водородная часть содержит водород, а также может включать легкие, обычно газообразные в условиях второй зоны разделения, углеводороды.
Деароматизированную дистиллятную часть перепускают в отпарную колонну для продукта. Отпарная колонна для продукта определяет зону отпаривания и обеспечивает удаление более легких углеводородов, сероводорода и аммиака из деароматизированной дистиллятной части. Из отпарной колонны для продукта получают товарное дизельное топливо и головной продукт, который содержит более легкие углеводороды, сероводород и аммиак. Таким образом, в качестве кубового продукта из отпарной колонны для продукта получают товарное дизельное топливо, которое отличительным образом характеризуется высоким цетановым индексом. Товарное дизельное топливо также характеризуется значительно пониженными уровнями концентраций полиароматических соединений и моноароматических соединений в сопоставлении с тем, что имеет место для дистиллятного исходного сырья для способа. Кроме того, товарное дизельное топливо характеризуется значительно пониженными концентрациями органического азота и органической серы. Таким образом, полученное товарное дизельное топливо имеет очень высокое качество вследствие его способности удовлетворять техническим характеристикам для низкосернистого товарного дизельного топлива, характеризующегося высоким цетановым индексом.
Товарное дизельное топливо, получаемое при использовании способа, является низкосернистым дизельным топливом, характеризующимся концентрацией серы, которая обычно составляет менее, чем 50 ч./млн. (масс.), но более желательно, чтобы концентрация серы для товарного дизельного топлива составляла бы менее, чем 25 ч./млн. (масс.). Предпочтительно концентрация серы для товарного дизельного топлива составляет менее, чем 15 ч./млн. (масс.), а наиболее предпочтительно она составляет менее, чем 10 ч./млн. (масс.).
Цетановый индекс для товарного дизельного топлива обычно составляет, по меньшей мере, или более, чем 40, но предпочтительно он составляет, по меньшей мере, или более, чем 42. В особенности предпочитается, чтобы цетановый индекс для товарного дизельного топлива составлял бы, по меньшей мере, или более, чем 45. Товарное дизельное топливо из способа может быть перемешано с другими компонентами дизельного топлива, которые характеризуются меньшими значениями или большими значениями своего цетанового индекса, в целях получения смешанного продукта, который удовлетворяет определенным специфическим требованиям к цетановому индексу.
Как это обсуждается в других местах в настоящем документе, в особенности выгодный признак способа изобретения заключается в обеспечении получения конечного товарного дизельного топлива, характеризующегося очень низкой концентрацией совокупного азота. Обычно способ обеспечивает получение товарного дизельного топлива, характеризующегося концентрацией органического азота, которая составляет менее, чем 100 ч./млн. (масс.). Однако предпочитается, чтобы концентрация азота составляла бы менее, чем 50 ч./млн. (масс.), а более предпочтительно чтобы концентрация азота составляла бы менее, чем 30 ч./млн. (масс.). Одна в особенности предпочтительная концентрация азота составляет менее, чем 25 ч./млн. (масс.). Нижняя граница для концентрации азота обычно является неизмеримой.
Еще один из особенно выгодных признаков способа изобретения заключается в том, что он обеспечивает удаление полиароматических и моноароматических соединений из среднедистиллятного исходного сырья для получения товарного дизельного топлива, характеризующегося существенно пониженным уровнем содержания ароматических соединений в сопоставлении с тем, что имеет место для среднедистиллятного исходного сырья для способа. Преимущественно этого добиваются в результате насыщения водородом в первой зоне реакции и во второй зоне реакции способа. Таким образом, уровень содержания совокупных ароматических соединений в товарном дизельном топливе для способа составляет менее, чем 40% (масс.).
Концентрация полиароматических соединений в товарном дизельном топливе составляет менее, чем 11% (масс.), при этом остальное представляет собой моноароматические соединения. Предпочитается, чтобы концентрация полиароматических соединений в товарном дизельном топливе составляла бы менее, чем 8% (масс.), а более предпочтительно концентрация полиароматических соединений составляет менее, чем 2% (масс.).
Количество моноароматических соединений, содержащихся в товарном дизельном топливе, обычно может находиться в диапазоне от около 0,5% (масс.) до около 30% (масс.). Более часто концентрация моноароматических соединений находится в диапазоне от 5% (масс.) до 25% (масс.). Наиболее часто концентрация находится в диапазоне от 10% (масс.) до 20% (масс.).
Более легкую фракцию из первого сепаратора перепускают в третий сепаратор. Третий сепаратор определяет третью зону разделения и обеспечивает разделение более легкой фракции на вторую водородную часть и жидкую углеводородную часть. Жидкая углеводородная часть обычно составляет жидкую фазу в обычных рабочих условиях третьей зоны разделения. После этого жидкая углеводородная часть может быть перепущена и введена в качестве подаваемого потока в отпарную колонну для продукта, а вторая водородная часть может быть отправлена на рециркуляцию и объединена со среднедистиллятным исходным сырьем для подачи в первую зону реакции.
В одном варианте осуществления способа вторая водородная часть может быть подвергнута обработке для удаления из нее сероводорода и аммиака перед отправлением получающейся в результате подвергнутой обработке второй водородной части на рециркуляцию, предпочтительно при использовании рециркуляционного компрессора, в качестве подаваемого потока в первую реакторную емкость. В данном признаке способа вторую водородную часть вводят в емкость аппарата для введения в контакт. Емкость аппарата для введения в контакт определяет зону введения в контакт и обеспечивает введение второй водородной части в контакт с абсорбционным растворителем, функция которого заключается в удалении сероводорода и аммиака из второй водородной части. Абсорбционный растворитель противоточным и ступенчатым образом вводят в контакт со второй водородной частью в подходящих для использования условиях введения в контакт при абсорбировании. Абсорбционным растворителем может быть любой подходящий для использования растворитель, известный для специалистов в соответствующей области техники своим вышеупомянутым применением. Существует множество известных аминовых соединений, которые используются для таких областей применения.
После этого подвергнутую обработке водородную часть перепускают из зоны введения в контакт на сторону всасывания рециркуляционного компрессора. Рециркуляционный компрессор обеспечивает компримирование и отправление подвергнутой обработке водородной части на рециркуляцию в первую зону реактора. После этого получающуюся в результате компримированную и подвергнутую обработке вторую водородную часть перепускают со стороны нагнетания рециркуляционного компрессора и вводят в качестве подаваемого потока в первую зону реакции способа совместно с введением среднедистиллятного исходного сырья.
Первая водородная часть также может быть отправлена на рециркуляцию в качестве подаваемого потока в первую зону реакции. Первую водородную часть либо перепускают из второй зоны разделения второго сепаратора непосредственно в первую зону реакции без предшествующего компримирования, либо она может быть введена на стороне всасывания рециркуляционного компрессора совместно с подвергнутой обработке первой водородной частью для компримирования и перепускания в первую зону реакции совместно со среднедистиллятным исходным сырьем.
Один уникальный аспект способа изобретения заключается в функционировании как первой зоны реакции, так и второй зоны реакции в условиях проведения реакции при высоком давлении. В определенных способах предшествующего уровня техники, которые обеспечивают насыщение ароматических соединений, таких как способ, описанный в публикации US 7,790,020, используют множество зон реакции, где первую стадию реакции проводят в условиях низкого давления, а вторую стадию реакции проводят в условиях высокого давления. Условия проведения реакции при низком давлении обычно не обеспечивают значительного насыщения ароматических соединений или органического азота.
В способе изобретения вторая зона реакции функционирует при только слегка большем давлении реакции в сопоставлении с тем, что имеет место в первой зоне реакции. Одна причина функционирования второй зоны реакции при большем давлении в сопоставлении с тем, что имеет место в первой зоне реакции, заключается в обеспечении получения движущей силы для отправления первой водородной части из второй зоны разделения на рециркуляцию в первую зону реакции без возникновения потребности или использования рециркуляционного компрессора, хотя опцию также представляет собой и использование рециркуляционного компрессора для отправления первой водородной части на рециркуляцию в первую зону реакции. Это может быть осуществлено при использовании отдельного рециркуляционного компрессора или в результате введения первой водородной части совместно со второй водородной частью на стороне всасывания компрессора одинарного действия, либо на одну и ту же ступень компрессора, либо на различные ступени рециркуляционного компрессора.
Однако одно преимущество способа заключается в том, что слегка большее рабочее давление во второй зоне реакции в сопоставлении с рабочим давлением в первой зоне реакции исключает возникновение потребности либо в отдельном рециркуляционном компрессоре, либо в более крупном рециркуляционном компрессоре одинарного действия вследствие большего объема рециркуляционного газа, вклад в который вносит комбинация из потоков первой водородной части и второй водородной части. Обычно давление реакции во второй зоне реакции на величину в диапазоне от 10 до 100 фунт/дюйм2 (изб.) (от 0,069 до 0,69 МПа (изб.)) является большим, чем давление в первой зоне реакции. Предпочтительно давление реакции во второй зоне реакции на величину в диапазоне от 20 до 80 фунт/дюйм2 (изб.) (от 0,14 до 0,55 МПа (изб.)) является большим, чем давление в первой зоне реакции, а наиболее предпочтительно на величину в диапазоне от 25 до 75 фунт/дюйм2 (изб.) (от 0,17 до 0,52 МПа (изб.)).
Первый реактор функционирует в качестве реактора с капельным орошением в том смысле, что среднедистяллятный подаваемый поток, который загружают в- первую зону реакции, в общем случае имеет форму жидкости, перемешивается либо с подпиточным водородом, либо с рециркуляционным водородом, либо с их комбинацией и загружается в первую зону реакции в направлении течения нисходящего потока. Условия проведения реакции в первой зоне реакции являются такими, чтобы быть эффективными для обеспечения значительного гидроденитрогенирования органических азотсодержащих соединений среднедистиллятного исходного сырья и значительного насыщения водородом полиароматических соединений в целях получения подвергнутого обработке отходящего продукта из первой зоны реакции, который характеризуется пониженной концентрацией органического азота по отношению к концентрации органического азота в среднедистиллятном исходном сырье и пониженной концентрацией полиароматических соединений по отношению к концентрации полиароматических соединений в среднедистиллятном исходном сырье.
Таким образом, первая зона реакции будет функционировать при температуре в первой зоне реакции в диапазоне от 400°F до 800°F (от 204°С до 427°С), предпочтительно от 450°F до 750°F (от 232°С до 399°С), а наиболее предпочтительно от 500°F до 700°F (от 260°С до 371°С).
Давление, при котором функционирует первая зона реакции, представляет собой важный аспект способа изобретения в том смысле, что оно в дополнение к конкретному типу катализатора, который используют в первой зоне реакции, представляет собой источник большого вклада в обеспечение насыщения водородом органического азота и полиароматических соединений среднедистиллятного исходного сырья для способа. Высокое рабочее давление в первой зоне реакции представляет собой обязательное рабочее условие в способе изобретения.
Давление в первой зоне реакции способа обычно будет находиться в диапазоне от 1000 до 2000 фунт/дюйм2 (изб.) (от 6,9 до 13,8 МПа (изб.)), но предпочтительно оно находится в диапазоне от 1000 до 1500 фунт/дюйм2 (изб.) (от 6,9 до 10,3 МПа (изб.)). Более предпочтительно давление в первой зоне реакции находится в диапазоне от 1050 фунт/дюйм2 (изб.) до 1300 фунт/дюйм2 (изб.) (от 7,2 МПа (изб.) до 9,0 МПа (изб.)).
Часовая объемная скорость жидкости (ЧОСЖ), при которой функционирует первая зона реакции, обычно находится в диапазоне от 0,1 час-1 до 100 час-1. Предпочтительно величина ЧОСЖ находится в диапазоне от 0,5 час-1 до 10 час-1.
Катализатор, который используется в первой зоне реакции и в настоящем документе называется первым катализатором, должен представлять собой любую композицию катализатора, которая в подходящем для использования случае обеспечивает гидроденитрогенирование и насыщение полиароматических соединений, требуемые для способа.
В общем случае первым катализатором является катализатор на основе неблагородного металла в том смысле, что он содержит металл из группы VIII, который представляет собой либо кобальт, либо никель, либо их комбинацию, или металл из группы VI, который представляет собой либо молибден, либо вольфрам, либо их комбинацию, или комбинацию из любого металла из группы VIII и любого металла из группы VI, нанесенные на материал, характеризующийся большой площадью удельной поверхности, который предпочтительно представляет собой неорганический оксид, такой как диоксид кремния, оксид алюминия, диоксид кремния-оксид алюминия или их комбинация.
Металл из группы VIII в катализаторе на основе неблагородного металла обычно присутствует в количестве в диапазоне от около 2 до около 20 массовых процентов, предпочтительно от около 4 до около 12 массовых процентов.
Металл из группы VI в катализаторе на основе неблагородного металла обычно присутствует в количестве в диапазоне от около 1 до около 25 массовых процентов, предпочтительно от около 2 до 25 массовых процентов.
В особенности предпочтительными композициями катализаторов, предназначенными для использования в качестве первого катализатора, являются те, которые раскрываются или заявляются в патенте США 8262905, выданном 11 сентября 2012 года, где данный патент посредством ссылки включается в настоящий документ. Данный катализатор является предпочтительным вследствие его выгодных свойств в сопоставлении с тем, что имеет место для других композиций катализаторов на основе неблагородных металлов, и вследствие того, как он способствует обеспечению гидроденитрогенирования и насыщения полиароматических соединений, которые требуются для первой стадии реакции способа изобретения. Данный катализатор в общем случае содержит материал носителя, в который вводят компонент на основе неблагородного металла, который превращают или могут превратить в соединение металла, обладающее активностью в отношении гидрирования, и который импрегнируют полярной добавкой в присутствии или в отсутствие сопутствующего углеводородного масла. Катализатор также может представлять собой производное описанного выше катализатора, такое как импрегнированный катализатор, который был подвергнут обработке при использовании водорода и серы. Подходящие для использования и типичные катализаторы подробно описываются в вышеупомянутом патенте США №8262905. Уровни введения металла находятся в пределах описанных выше диапазонов.
Еще одна предпочтительная композиция катализатора, предназначенная для использования в качестве первого катализатора в первой зоне реакции, включает те варианты, которые раскрываются или заявляются в патенте США 6218333, выданном 17 апреля 2001 года, или патенте США 6281158, выданном 28 августа 2001 года, или патенте США 6290841, выданном 18 сентября 2001 года. Данные патенты посредством ссылки включаются в настоящий документ. Данный катализатор обеспечивает получение множества тех же самых выгод, как и катализатор из патента США 8262905. В общем случае данный катализатор содержит композицию, которую получают в результате объединения пористого носителя с неблагородным металлом и понижения уровня содержания летучих соединений в смеси комбинации для получения предшественника, который не прокаливают перед сульфурированием смеси комбинации после уменьшения количества летучих веществ. Уровни введения металла находятся в пределах описанных выше диапазонов.
В одном конкретном варианте осуществления способа изобретения первая зона реакции, которая определяется первым реактором, включает, по меньшей мере, два различных или два и более слоя катализаторов. В пределах каждого слоя катализатора располагается слой частиц катализатора для первого катализатора, который наносят на несущую внутреннюю оснастку реактора, которая охватывает пространство поперечного сечения первого реактора и обеспечивает получение носителя для каждого из слоев частиц катализатора, характеризующихся глубиной слоя. Множество слоев катализатора, заключенных в первой зоне реакции, располагают при разнесении слоев друг от друга в целях получения пространства объема пустот в промежутке между каждыми из слоев в пределах первой зоны реакции. Формирование пространств объемов пустот в промежутке между слоями катализатора делает возможным введение закалочного газа в каждое из пространств объемов для лучшего регулирования температурных условий в пределах первой зоны реакции. Данное регулирование температурных условий также делает возможным лучшее регулирование условий проведения реакции в пределах первой зоны реакции в целях регулирования условий насыщения полиароматических соединений и гидрирования органического азота.
В еще одном аспекте способа изобретения во второй зоне реакции в дополнение к функционированию в условиях высокого давления реактора используют катализатор, который не является катализатором на основе благородного металла, как это используют во множестве способов предшествующего уровня техники. Вместо этого катализатор, использующийся во второй зоне реакции, является катализатором на основе неблагородного металла. Поэтому второй катализатор, содержащийся во второй зоне реакции, которая должна быть использована во второй зоне реакции, содержит металл из группы VIII, который представляет собой либо кобальт, либо никель, либо их комбинацию, или металл из группы VI, который представляет собой либо молибден, либо вольфрам, либо их комбинацию, или комбинацию из любого металла из группы VIII и любого металла из группы VI, нанесенные на материал, характеризующийся большой площадью удельной поверхности, который предпочтительно представляет собой неорганический оксид, такой как диоксид кремния, оксид алюминия, диоксид кремния-оксид алюминия или их комбинация. Уровни введения металла находятся в пределах тех же самых диапазонов, что и описанные выше для первого катализатора.
Также необходимо отметить то, что предпочтительные композиции катализаторов, предназначенные для использования в качестве второго катализатора способа, включают композиции катализаторов, раскрытые или заявленные в патенте США 8262905 или патенте США 6218333 или патенте США 6281158 или патенте США 6290841 и описанные выше для первого катализатора.
Вторая зона реакции способа функционирует в целях обеспечения насыщения моноароматических соединений, которые содержатся в тяжелой фракции из первой зоны разделения. Поэтому тяжелую фракцию вводят в контакт со вторым катализатором второй зоны реакции, которая функционирует в подходящих для использования условиях в отношении насыщения моноароматических соединений тяжелой фракции и получения продукта реактора второй зоны реакции.
Давление и температура, при которых функционирует вторая зона реакции, являются такими, чтобы обеспечить насыщение водородом моноароматических соединений тяжелой фракции способа. Высокое рабочее давление во второй зоне реакции представляет собой необходимое рабочее условие способа изобретения. Давление во второй зоне реакции способа обычно будет находиться в диапазоне от 1000 до 2000 фунт/дюйм2 (изб.) (от 6,9 до 13,8 МПа (изб.)), но предпочтительно оно находится в диапазоне от 1000 до 1500 фунт/дюйм2 (изб.) (от 6,9 до 10,3 МПа (изб.)). Более предпочтительно давление во второй зоне реакции находится в диапазоне от 1050 фунт/дюйм2 (изб.) до 1300 фунт/дюйм2 (изб.) (от 7,2 МПа (изб.) до 9,0 МПа (изб.)).
Однако рабочее давление во второй зоне реакции, как это обсуждалось выше, на величину в диапазоне от 10 до 100 фунт/дюйм2 (изб.) (от 0,069 до 0,69 МПа (изб.)) является большим, чем давление в первой зоне реакции или на величину в диапазоне от 20 до 80 фунт/дюйм2 (изб.) (от 0,14 до 0,55 МПа (изб.)) является большим, чем давление в первой зоне реакции или на величину в диапазоне от 25 до 75 фунт/дюйм2 (изб.) (от 0,17 до 0,52 МПа (изб.)) является большим, чем давление в первой зоне реакции.
Вторая зона реакции функционирует при температуре во второй зоне реакции в диапазоне от 400°F до 800°F (от 204°С до 427°С), предпочтительно от 450°F до 750°F (от 232°С до 399°С), а наиболее предпочтительно от 500°F до 700°F (от 260°С до 371°C). Часовая объемная скорость жидкости (ЧОСЖ), при которой функционирует вторая зона реакции, обычно находится в диапазоне от 0,1 час-1 до 100 час-1. Предпочтительно величина ЧОСЖ находится в диапазоне от 0,5 час-1 до 10 час-1.
На фигуре 1 приведена представительная технологическая схема одного варианта осуществления способа изобретения 10. Способ 10 обеспечивает улучшение свойств дистиллятного исходного сырья, характеризующегося значительными концентрациями азота и полиароматических соединений.
Среднедистиллятное исходное сырье водят в первый реактор 14 при использовании канала 12. Перед введением среднедистиллятного исходного сырья в первый реактор 14 его объединяют с потоком рециркулирующего водорода, который перепускают в первый реактор 14 при использовании канала 16.
Первый реактор 14 определяет первую зону реакции 18. Первый реактор 14, который определяет первую зону реакции 18, включает, по меньшей мере, два различных слоя катализатора 20. В пределах каждого из слоев катализатора 20 располагается слой частиц катализатора, нанесенных на несущую внутреннюю оснастку реактора 22, которая простирается по области поперечного сечения первого реактора 14 и обеспечивает получение носителя для каждого из слоев частиц катализатора, характеризующихся глубиной слоя. Частицы катализатора слоев катализатора 20 включают первый катализатор в соответствии с описанием в настоящем документе.
Слои катализатора 20 располагают при разнесении слоев друг от друга в целях получения, тем самым, объемов пустот 24 в промежутке между каждыми из, по меньшей мере, двух различных слоев катализатора 20. Закалочную текучую среду вводят в каждый из объемов пустот 24 при использовании канала 28 для обеспечения межслоевого закаливания и регулирования температуры.
Объединенные дистиллятное исходное сырье и рециркулирующий водород перепускают при использовании канала 32 и вводят в первую зону реакции 18, где их вводят в контакт с первым катализатором, содержащимся в слоях катализатора 20 первой зоны реакции 18. Первая зона реакции 18, которая включает слои катализатора 20, функционирует в условиях гидроденитрогенирования и насыщения полиароматических соединений в соответствии с описанием в других местах в настоящем документе.
Получают подвергнутый обработке отходящий продукт, который перепускают из первой зоны реакции 18 при использовании канала 34 для введения в первый сепаратор 38. Подвергнутый обработке отходящий продукт характеризуется значительно пониженными концентрациями органического азота и полиароматических соединений по отношению к таким концентрациям в среднедистиллятном исходном сырье.
Первый сепаратор 38 определяет первую зону разделения 40, и он обеспечивает разделение подвергнутого обработке отходящего продукта на тяжелую фракцию и более легкую фракцию. Первый сепаратор 38 функционирует в качестве горячего сепаратора высокого давления в том смысле, что подвергнутый обработке отходящий продукт из первой зоны реакции 18, который вводят в первую зону разделения 40, не подвергают значительному охлаждению перед его введением, и рабочее давление в первой зоне разделения выдерживают только слегка меньшим рабочего давления в первой зоне реакции 18. Разница давлений между первой зоной разделения 40 и первой зоной реакции 18 является такой, чтобы обеспечить получение движущей силы для течения подвергнутого обработке отходящего продукта на первое разделение 40 и сделать возможным ее эффективное регулирование.
Тяжелую фракцию перепускают из первой зоны разделения 40 через канал 42 во второй реактор 44. Второй реактор 44 определяет вторую зону реакции 46, которая включает или содержит слой второго катализатора. Второй катализатор подробно описывается в других местах в настоящем документе. Вторая зона реакции 46 функционирует в условиях насыщения моноароматических соединений в соответствии с описанием в других местах в настоящем документе.
Подпиточный водород, перепускаемый при использовании канала 48, объединяют с тяжелой фракцией перед введением получающейся в результате смеси из подпиточного водорода и тяжелой фракции во вторую зону реакции 46. Тяжелую фракцию вводят в контакт со вторым катализатором, содержащимся во второй зоне реакции 46.
Получают продукт реактора, который перепускают из второй зоны реакции 46 через канал 50 во второй сепаратор 54. Продукт реактора содержит дистиллятную часть, характеризующуюся значением своего цетанового индекса, которое является намного улучшенным в сопоставлении с цетановым индексом для среднедистиллятного исходного сырья, загружаемого в способ 10.
Продукт реактора вводят во второй сепаратор 54, который определяет вторую зону разделения 56 и обеспечивает разделение продукта реактора на первую водородную часть и деароматизированную дистиллятную часть.
Деароматизированную дистиллятную часть перепускают из второй зоны разделения 56 при использовании канала 60 и вводят в зону отпаривания 64, которая определяется отпарной колонной для продукта 62. Отпарная колонна для продукта 62 обеспечивает наличие средства для отпаривания или удаления более легких углеводородов из деароматизированной дистиллятной части, загружаемой в отпарную колонну для продукта 62, и она обеспечивает получение товарного дизельного топлива. Полученное товарное дизельное топливо, обладающее свойствами, указанными в настоящем документе, перепускают из зоны отпаривания 64 через канал 66, а более легкие углеводороды, которые отпаривают из деароматизированной дистиллятной части, перепускают из зоны отпаривания 64 при использовании канала 68.
Более легкую фракцию, которую получают из первой зоны разделения 40, перепускают из первой зоны разделения 40 при использовании канала 70 и вводят в третью зону разделения 72. Третья зона разделения 72 определяется третьим сепаратором 74. Третий сепаратор 74 обеспечивает разделение более легкой фракции из первой зоны разделения 40 на вторую водородную часть и жидкую углеводородную часть. Жидкую углеводородную часть перепускают из третьей зоны разделения 72 при использовании канала 78 и вводят в качестве подаваемого потока в зону отпаривания 64 отпарной колонны для продукта 62.
Вторую водородную часть перепускают из третьей зоны разделения 72 через канал 80 и вводят в зону введения в контакт 82, которая определяется аппаратом для введения в контакт 84. Аппарат для введения в контакт 84 обеспечивает введение второй водородной части в контакт с абсорбционным растворителем, таким как любой подходящий для использования растворитель, известный для специалистов в соответствующей области техники обработки газа, в том числе аминовые растворители, для абсорбционного удаления сероводорода или аммиака их второй водородной части.
Введение второй водородной части в контакт с абсорбционным растворителем обычно осуществляют ступенчатым и противоточным образом. В зоне разделения 82, которая обеспечивает противоточное введение второй водородной части в контакт с абсорбционным растворителем, в функциональном состоянии могут быть установлены различные средства введения в контакт, такие как тарелки или насадка для введения в контакт. Обедненный абсорбционный растворитель вводят в зону введения в контакт 82 через канал 86, а обогащенный абсорбционный растворитель удаляют из зоны введения в контакт 82 через канал 88.
Подвергнутую обработке водородную часть перепускают из зоны введения в контакт 82 при использовании канала 90 на сторону всасывания рециркуляционного компрессора 94. Рециркуляционый компрессор 94 определяет зону компримирования 96 и обеспечивает компримирование и отправление подвергнутой обработке водородной части на рециркуляцию в первую зону реактора 18. Компримированную подвергнутую обработке водородную часть перепускают из рециркуляционного компрессора 94 через каналы 98 и 16.
Первую водородную часть, которую получают из второй зоны разделения 56, перепускают через каналы 100 и 16 для введения в первую зону реакции 18 совместно с компримированной подвергнутой обработке водородной частью со стороны нагнетания рециркуляционного компрессора 94 и среднедистиллятным исходным сырьем через канал 12. В необязательных вариантах осуществления первая водородная часть может быть перепущена в качестве подаваемого потока в зону введения в контакт 82 (канал не показан), или она может быть введен на стороне всасывания одной из ступеней рециркуляционного компрессора 94 (канал не показан).
Специалисты в соответствующей области техники должны понимать то, что в изобретение может быть внесено множество изменений и модификаций без отклонения от его объема и сущности, представленных в настоящем документе.
1. Способ улучшения свойств дистиллятного исходного сырья, характеризующегося концентрацией органического азота, концентрацией полиароматических соединений и цетановым индексом, где упомянутый способ включает:
введение упомянутого дистиллятного исходного сырья в контакт с первым катализатором, содержащимся в первой зоне реакции, для гидроденитрогенирования органических азотсодержащих соединений и для насыщения полиароматических соединений, при этом в дистиллятном исходном сырье концентрация азоторганических соединений находится в диапазоне от 100 ч./млн (масс.) до 3500 ч./млн (масс.), концентрация серы находится в диапазоне от около 0,1% масс. до около 3,5% масс., концентрация полиароматических соединений находится в диапазоне от 12% масс. до 50% масс., концентрация моноароматических соединений находится в диапазоне от 1% масс. до 25% масс., и при этом упомянутая первая зона реакции функционирует в условиях, подходящих для гидроденитрогенирования и насыщения полиароматических соединений, и получение из упомянутой первой зоны реакции подвергнутого обработке отходящего продукта, характеризующегося пониженной концентрацией органического азота по отношению к упомянутой концентрации органического азота и пониженной концентрацией полиароматических соединений по отношению к упомянутой концентрации полиароматических соединений;
разделение упомянутого подвергнутого обработке отходящего продукта на тяжелую фракцию и более легкую фракцию;
введение упомянутой тяжелой фракции в контакт со вторым катализатором, содержащимся во второй зоне реакции, для насыщения моноароматических соединений, где упомянутая вторая зона реакции функционирует в условиях, подходящих для насыщения моноароматических соединений, и при этом давление реакции во второй зоне реакции выше, чем давление реакции в первой зоне реакции; и
получение из упомянутой второй зоны реакции продукта реактора, при этом упомянутый второй катализатор включает катализатор на основе неблагородного металла, содержащий либо никелевый компонент, либо кобальтовый компонент, и либо молибденовый компонент, либо вольфрамовый компонент, нанесенные на носитель на основе неорганического оксида, и где упомянутый продукт реактора включает дистиллятную часть;
подачу дистиллятной части в отпарную колонну для продукта для получения дизельного топлива, содержащего азот в концентрации менее чем 100 ч./млн (масс.), серу в концентрации менее чем 50 ч./млн (масс.), полиароматические соединения в концентрации менее чем 11% масс. и моноароматические соединения в количестве в диапазоне от около 0,5% масс. до около 30% масс. и характеризующегося улучшенным цетановым индексом по отношению к упомянутому цетановому индексу для упомянутого дистиллятного исходного сырья.
2. Способ по п. 1, где упомянутые подходящие для гидроденитрогенирования и насыщения полиароматических соединений условия включают температуру реакции в первой зоне реакции в диапазоне от 204°С (400°F) до 430°С (806°F) и где упомянутые подходящие для насыщения моноароматических соединений условия включают температуру реакции во второй зоне реакции в диапазоне от 204°С (400°F) до 430°С (806°F).
3. Способ по п. 2, где упомянутое давление реакции во второй зоне реакции больше, чем упомянутое давление реакции в первой зоне реакции на величину в диапазоне от 10 до 100 фунт/дюйм2 (изб.) (от 0,069 до 0,69 МПа (изб.)).
4. Способ по п. 3, где упомянутая первая зона реакции определяется первой реакторной емкостью, при этом упомянутая первая зона реакции включает, по меньшей мере, два различных слоя катализаторов, где каждый из упомянутых, по меньшей мере, двух различных слоев катализаторов включает слой частиц катализатора, нанесенных на несущую внутреннюю оснастку реактора, которая охватывает область поперечного сечения упомянутой первой реакторной емкости и обеспечивает получение носителя для каждого из упомянутых слоев частиц катализатора, и каждый из упомянутых слоев частиц катализатора характеризуется глубиной слоя и где упомянутые частицы катализатора содержат упомянутый первый катализатор, который относится к типу, который содержит металл из группы VIII или металл из группы VI или комбинацию обоих металлов на носителе на основе неорганического оксида, где каждые из упомянутых, по меньшей мере, двух различных слоев катализаторов располагают в упомянутой первой зоне реакции при разнесении слоев друг от друга в целях получения тем самым объема пустот в промежутке между каждыми из упомянутых, по меньшей мере, двух различных слоев катализаторов в пределах упомянутой первой зоны реакции, где может быть введена закалочная текучая среда для обеспечения межслоевого закаливания и регулирования температуры.
5. Способ по п. 4, дополнительно включающий:
введение подпиточного водорода в упомянутую тяжелую фракцию перед введением получающейся в результате смеси, содержащей упомянутый подпиточный водород и упомянутую тяжелую фракцию, в упомянутую вторую зону реакции.
6. Способ по п. 5, дополнительно включающий:
перепускание упомянутого продукта реактора во второй сепаратор для разделения упомянутого продукта реактора на первую водородную часть и дистиллятную часть, где дистиллятная часть представляет собой деароматизированную дистиллятную часть.
7. Способ по п. 6, дополнительно включающий:
перепускание упомянутой деароматизированной дистиллятной части в отпарную колонну для продукта для удаления более легких углеводородов из упомянутой деароматизированной дистиллятной части и получения товарного дизельного топлива, характеризующегося высоким цетановым индексом.
8. Способ по п. 7, дополнительно включающий:
перепускание упомянутой более легкой фракции в третий сепаратор для разделения упомянутой более легкой фракции на вторую водородную часть и жидкую углеводородную часть.
9. Способ по п. 8, дополнительно включающий:
перепускание упомянутой второй водородной части в рециркуляционный компрессор для компримирования упомянутой второй водородной части и введения упомянутой второй водородной части совместно с упомянутым дистиллятным исходным сырьем в упомянутую первую зону реакции.
10. Способ по п. 9, дополнительно включающий:
введение упомянутой первой водородной части совместно с упомянутым дистиллятным исходным сырьем в упомянутую первую зону реакции.
11. Способ по п. 10, где упомянутая вторая зона реакции определяется второй реакторной емкостью, которая содержит упомянутый второй катализатор, который обеспечивает насыщение водородом моноароматических и полиароматических соединений, содержащихся в упомянутой тяжелой фракции, в результате чего получают упомянутый улучшенный цетановый индекс.
