[发明专利]用于石油升级的超临界反应器系统和工艺

说明书

用于升级基于石油的组合物的超临界升级反应器和反应器系统包括一个或多个催化剂层和在一些实施方案中一个或多个净化流体入口，其中一个或多个催化剂层至少部分筛分重烃馏分并使其转化成轻烃馏分以产生升级的超临界反应器产物。在一些实施方案中，升级反应器系统包括交替变换功能的一个或多个超临界升级反应器和一个或多个超临界备用反应器以使得超临界升级反应器转换成超临界备用反应器并且超临界备用反应器转换成超临界升级反应器，其中超临界升级反应器升级组合的进料流同时超临界备用反应器将清洁流体递送至超临界备用反应器中。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年12月15日提交的美国临时申请62/267,406的优先权，这个临时申请以全文引用的方式并入。

技术领域

本公开的实施方案一般涉及升级基于石油的组合物，并且更具体地涉及用于升级基于石油的组合物的超临界反应器系统、方法和用途。

背景技术

石油是不可缺少的能源；然而，大多数石油是重或酸石油，意味着其含有大量的杂质(包括硫和焦炭，一种高碳石油渣油)。重石油在其成为有商业价值的产品，诸如燃料之前必须升级。

超临界水的使用有效升级重石油原料。然而，超临界水反应器基于超临界水和基于石油的组合物流动的方向一般包括两种类型，下流式和上流式反应器。在下流式超临界反应器中，重烃馏分归因于更高的密度而很快速地流动，导致滞留时间(称为管道行程)缩短。这对于倾向于滞留在更重馏分中的含更高碳的分子发生的反应来说归因于缩短的滞留时间而可能阻碍升级。上流式超临界反应器也可能归因于在反应器的底部积聚的重馏分而经历困难，所述重馏分可能影响升级工艺并且可能堵塞反应器。

为了应对这些不足，可以使用催化剂。在各种类型的催化剂当中，水溶性或有机可溶性催化剂可以用于提供与反应物增加的接触并且提高温度和滞留时间。然而，催化剂常规地在超临界水条件下展现极低稳定性。超临界反应物的苛刻条件常常引起催化剂的分解并且导致不可溶聚集体的形成，这可能成为焦炭形成的种子。焦炭可以堵塞反应器，减缓或停止升级工艺。

发明内容

因此，在用超临界反应器升级基于石油的组合物的工艺中持续需要升级重馏分同时使预焦化材料的形成降至最低。此外，持续需要从超临界反应器的催化剂层去除预焦化材料和其它不需要的材料而不会停止或延迟升级反应系统工艺。本发明实施方案利用超临界反应器来满足这些需要同时也阻止预焦炭形成并且去除堵塞催化剂层的不需要的材料。

在本公开的一个实施方案中，用于升级基于石油的组合物的工艺包括组合超临界水流与加压、加热的基于石油的组合物以建立组合的进料流。然后将组合的进料流引入包括一个或多个超临界升级反应器的升级反应器系统中，并且传送通过第一催化剂层、第二催化剂层或两者。在超临界升级反应器中，第二催化剂层垂直安置于第一催化剂层下方并且具有比第一层更大的空隙体积比。催化剂层中的一者或两者包含含非均相多孔金属的催化剂。将组合的进料流传送通过第一催化剂层和第二催化剂层，并且组合的进料流中的轻烃至少部分流过第一催化剂层和第二催化剂层同时组合的进料流中的重烃在第一催化剂层的空隙、第二催化剂层的空隙或两者中至少部分筛分。第一催化剂层、第二催化剂层或两者可以使重烃至少部分转化成轻烃同时组合的进料流中的轻烃至少部分流过一个或两个催化剂层。然后将包含轻烃和转化的轻烃的升级产物传送出超临界升级反应器。

在另一个实施方案中，用于升级基于石油的组合物的工艺包括组合超临界水流与加压、加热的基于石油的组合物以建立组合的进料流，将所述组合的进料流引入包含至少一个催化剂层的超临界升级反应器中。至少一个催化剂层是至少部分筛分组合的进料流中的重烃馏分同时允许轻烃馏分流过至少一个催化剂层的具有空隙体积的非均相多孔金属。这使重烃馏分至少部分转化成轻烃馏分。将净化流体通过一个或多个净化流体入口注射至至少一个催化剂层中并且将升级产物传送出超临界升级反应器。