[发明专利]使用铁和颗粒碳催化剂进行淤浆加氢裂化的方法

说明书

公开了使用多官能催化剂将重烃进料转化为较轻烃产物的方法和催化剂。多官能催化剂可以使用较便宜的金属，通过用较便宜的金属代替昂贵的金属，在淤浆加氢裂化中没有性能损失或具有优异的性能。可以有效地替换较少获得和昂贵的ISM。

优先权声明

本申请要求2015年9月30日提交的美国临时申请No.62/235,248的优先权，其内容通过引用整体并入本文。

背景

本领域涉及用于处理原油的方法和装置，并且更具体地涉及在添加剂和催化剂存在下重烃的加氢转化以提供可用产物并且进一步制备用于进一步精制的原料。

随着传统原油的储量下降，重油必须升级以满足世界需求。在重油升级过程中，较重的材料转化为较轻的馏分，大部分硫、氮和金属必须去除。重油含有大部分沸点在524℃(或975°F)以上或更高的材料。这些重烃原料的特征可能在于减粘裂化反应性低，焦化倾向高，对加氢裂化的敏感性差以及难以蒸馏。待升级的大部分渣油原料含有一些量的沥青质，其通常被理解为是不溶于庚烷且可溶于甲苯的化合物，如通过ASTM D3279或ASTM D6560所测定的。沥青质是含有赋予极性的杂原子的高分子量化合物。

重油必须在初级升级单元中升级，然后才能进一步加工成可用产品。本领域已知的初级升级单元包括但不限于焦化工艺，如延迟焦化或流化焦化，以及加氢工艺如沸腾床(ebullated bed)或淤浆加氢裂化(SHC)。例如，在室温下，来自一些加拿大沥青的焦化的液体产物的产率通常为55-60重量％，并且含有大量焦炭副产物。在类似的进料上，沸腾床加氢裂化通常产生50-55重量％的液体产率。沸腾床加氢裂化使用催化剂，通常为挤出颗粒，尺寸大至1mm。US 5,755,955描述了一种SHC方法，已经发现通过使用添加剂可以提供75至80重量％的液体产率和大大降低的焦炭形成。

在SHC中，重液体油进料的三相混合物在气态氢存在下在固体催化剂作用下裂化，以在升高的温度下在压力下生产较轻的产物。例如在US5,755,955中已经公开了硫酸铁作为SHC催化剂。通常将硫酸铁一水合物(ISM)研磨至较小的尺寸以更好地分散和促进传质。硫酸铁(FeSO₄)通常需要在空气中小心热处理，以从通常以单水合物或七水合物形式提供的水合硫酸铁中除去水。水可以抑制FeSO₄转化成硫化铁，通常必须除去。用含硫化合物如硫化氢处理而将硫酸铁中的铁转化为催化活性物质硫化铁。硫酸铁中的硫为产物贡献硫，其必须被去除。根据CA 2,426,374，其它含铁催化剂如褐铁矿，其含有FeO(OH)·nH₂O，需要预硫化处理以更好地将氧化铁分散和转化成活性硫化铁。预硫化处理将硫添加到催化剂中并因此添加到正在处理的重烃中。因此，通常必须从产物中除去额外的硫。在硫化铁催化剂中活性铁处于+2氧化态，这是为了获得足够的转化率和选择性以获得更高价值的产物并避免过量的焦炭形成所需的。ISM价格昂贵，并且可能无法充分获得以催化世界上可能需要升级重油的所有SHC装置。例如在US 8,123,933 B2中已经显示其它矿物如铝土矿是优异的SHC催化剂。

在SHC反应期间，使焦化最小化是重要的。已经通过Pfeiffer和Saal，Phys.Chem.44，139(1940)的模型显示，沥青质被一层树脂或极性芳族化合物包围，使它们稳定在胶体悬浮液中。在不存在极性芳族化合物的情况下，或者如果极性芳族化合物被链烷烃分子稀释或转化成较轻的链烷烃和芳族物质，这些沥青质可以自缔合或者絮凝形成较大的分子，产生中间相颗粒或球体并从溶液中沉淀出来最终形成焦炭。