(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に低い粘度を有する触媒前駆体を相対的に高い粘度を有する重油供給原料中へ均一に混合する方法であって、
前記触媒前駆体を希釈剤と予備混合して、触媒前駆体を希釈剤全体にわたって実質的に均一に分散させて希釈触媒前駆体を形成する工程であって、希釈剤が少なくとも１５０℃の沸点を有する工程、
触媒前駆体の粘度よりも大きい粘度を有する重油供給原料を複数の流れに分割する工程、
少なくとも１つの静的低剪断インライン混合機と、それに続く、少なくとも１つの高剪断混合機により、希釈触媒前駆体と重油供給原料の１つまたは複数の流れとを混合して、ブレンド油供給原料組成物を形成する工程、ならびに
ブレンド油供給原料組成物および重油供給原料の任意の残りの部分をサージタンクへ導入して触媒前駆体を重油供給原料全体にわたって拡散させる工程、
を含み、状態調整された重油供給原料を生成することを特徴とする前記方法。
【請求項２】
前記希釈剤は、真空軽油、デカント油、分解軽油、始動ディーゼル、軽質軽油の１つまたは複数を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記希釈剤は、重油供給原料の一部を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記触媒前駆体は、静的低剪断インライン混合機で希釈剤と混合されて希釈触媒前駆体を形成することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記触媒前駆体対希釈剤の重量比は１：５００〜１：１であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記触媒前駆体対希釈剤の重量比は１：１００〜１：５であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ブレンド油供給原料組成物および重油供給原料の残りの部分は、サージタンクと一体化した再循環ポンプにより、および／またはサージタンクの内容物を水素化処理反応器へポンプ輸送する１つまたは複数の多段階高圧ポンプにより、更に、混合されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記状態調整された重油供給原料は、サージタンクの内容物を水素化処理反応器へポンプ輸送する複数の並列多段階高圧ポンプにより、更に、混合されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記予備混合および混合は、２５℃および３００℃の温度で起こることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記予備混合および混合は、約７５℃および約１５０℃の温度で起こることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記相対的に低い粘度を有する触媒前駆体を相対的に高い粘度を有する重油供給原料中へ均一に混合するシステムであって、
前記触媒前駆体を希釈剤と予備混合して、触媒前駆体を希釈剤全体にわたって実質的に均一に分散させて希釈触媒前駆体を形成するための手段であって、希釈剤が少なくとも１５０℃の沸点を有する手段、
前記触媒前駆体の粘度よりも大きい粘度を有する重油供給原料を複数の流れに分割するための手段、
前記希釈触媒前駆体と、前記重油供給原料の１つまたは複数の流れとを連続的に混合して、ブレンド油供給原料組成物を形成するために配列された、少なくとも１つの静的低剪断インライン混合機と、それに続く、少なくとも１つの高剪断混合機、および
前記ブレンド油供給原料組成物および前記重油供給原料の任意の残りの部分を受け取り、触媒前駆体を重油供給原料全体にわたって拡散させるためのサージタンク、
を含み、状態調整された重油供給原料を生成することを特徴とする前記システム。
【請求項１２】
前記触媒前駆体と前記希釈剤とを混合するための手段は、静的低剪断インライン混合機を含むことを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記静的低剪断インライン混合機は、７〜１５の混合段階を含むものとして特徴付けられることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記静的低剪断インライン混合機は、８〜１２の混合段階を含むものとして特徴付けられることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記高剪断混合機は、０．００１秒〜２０分の滞留時間を与えることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記高剪断混合機は、０．０１秒〜３秒の滞留時間を与えることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ブレンド油供給原料組成物と重油供給原料の残りの部分とを十分に混合するための手段は、触媒前駆体を重油供給原料全体にわたって拡散させて、触媒前駆体を重油供給原料内でコロイド状および／または分子レベルで実質的に均一に分散させることを可能にする滞留時間を有するサージタンクを含むことを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記サージタンクは、５分〜６０分の滞留時間を与えることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記サージタンクは、２０分〜４０分の滞留時間を与えることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項２０】
前記サージ容器から水素化処理反応器へ状態調整された重油供給原料をポンプ輸送する１つまたは複数の多段階高圧ポンプを、更に、含むことを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項２１】
前記システムは、サージ容器から水素化処理反応器へ状態調整された重油供給原料をポンプ輸送する複数の並列多段階高圧ポンプを、更に、含むことを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項２２】
前記１つまたは複数の多段階高圧ポンプは少なくとも１０の圧縮段階を含むことを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記１つまたは複数の多段階高圧ポンプは、並列で配列された２つ以上のポンプを含むことを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記１つまたは複数の多段階高圧ポンプは、直列で配列された２つ以上のポンプを含むことを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重油供給原料を低沸騰高級材料へ高級化するための分野の発明であり、更に具体的に言えば、モリブデン塩または錯体を含む触媒前駆体と重油供給原料とを混合して、その場で、水素化処理触媒を形成するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
精製された化石燃料に対する世界的需要はますます増大しつつあり、最終的には高級原油の供給を凌駕する。低級供給原料をより良く活用し、それらから価値ある燃料を抽出するための方法を発見することへの要求が増大している。低級供給原料は、５２４℃（９７５°Ｆ）以上の沸点を有する相対的に高い量の炭化水素ならびに相対的に高い濃度の硫黄、窒素および／または金属を含むことで特徴付けられる。高沸騰画分は、一般的に、高分子量および／または低い水素／炭素比を有し、その一例は、「アスファルテン」と総称される錯体化合物の類である。アスファルテンは処理することが難しく、一般的に、従来の触媒および水素化処理装置の汚れを引き起こす。
【０００３】
相対的に高濃度のアスファルテン、硫黄、窒素および金属を含む低級供給原料の例としては、重質原油、オイルサンドビチューメン、バレルの残油、および従来の精製工程で残される残留物（総称して「重油」）が挙げられる。「バレルの残油」および「残留物（または「残油」）」という用語は、一般的に、少なくとも３４３℃（６５０°Ｆ）の沸点を有する常圧塔底物、および少なくとも５２４℃（９７５°Ｆ）の沸点を有する真空塔底物を意味する。「残油ピッチ」および「真空残渣」という用語は、通常、５２４℃（９７５°Ｆ）以上の沸点を有する画分を参照するために使用される。
【０００４】
重油を有用な最終生成物へ転換するには、重油の沸点を下げ、水素対炭素比を増加し、金属、硫黄、窒素および高いカーボン形成化合物等の不純物を除去することを含む、費用の掛かる処理を必要とする。重油が使用される場合、現在の商業的接触水素化分解方法は汚されて、急速に触媒不活性化を受ける。これは、触媒および維持管理コストを著しく増加させ、使用中の触媒を、重油を水素化処理するのに不適切なものとする。
【０００５】
重油を水素化処理するための１つの有望な方法は、水素化処理中の重油中で分解して、その場で、硫化モリブデン水素化処理触媒を形成する、炭化水素可溶モリブデン塩を使用する。１つのそのような方法は、シールら（Ｃｙｒ  ｅｔ  ａｌ．）によって特許文献１に開示されている。一度その場で形成された硫化モリブデン触媒は、汚れおよびコークス化を防いで、アスファルテンおよびその他の複雑な炭化水素の水素化分解において極めて有効である。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，５７８，１９７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
油溶性モリブデン触媒を商業化するのに伴う重大な問題は触媒のコストである。触媒性能での僅かな改良でも、生産量の増加および／または触媒の使用の減少により水素化分解方法のコストに著しい利益をもたらすことができる。油溶性モリブデン触媒の性能は、重油中の金属触媒の濃度および触媒前駆体を重油中で如何にうまく分散させるかによって大きく左右される。触媒前駆体を更に有効且つ効果的に分散させることのできる改良は、油溶性モリブデン化合物を使用して重油を水素化分解する効率を改善できる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、反応器中で重油供給原料を水素化処理して、高級化供給原料を形成する準備として、触媒前駆体と重油供給原料とを混合するための方法およびシステムに関する。本発明方法およびシステムは、コロイド状または分子状水素化処理触媒の形成を都合良く提供する。触媒前駆体の良好な分散を達成すること（即ち、分子レベルまで下げた分散を達成すること）は、コロイド状または分子状水素化処理触媒の形成を促進するので有利である。良く分散したコロイド状または分子状水素化処理触媒の使用は、重油供給原料の高級化で多孔性の支持触媒の使用に随伴する問題、特に、アスファルテン分子を有効に処理するための多孔性の支持触媒の無能力を都合良く解消する。この結果は、１つまたは複数の、減少した装置の汚れ、増加した転換率水準、反応器が広範囲の低級供給原料を処理することを可能にすること、およびコロイド状または分子状触媒との組合せで使用された場合の支持触媒のより効率的な使用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明方法によれば、相対的に低い粘度を有する触媒前駆体および高い粘度を有する重油供給原料が用意される。触媒前駆体は、初めに、炭化水素希釈剤（例えば、真空軽油、デカント油、または軽質軽油）と混合され、希釈前駆体組成物を形成する。場合により、希釈剤は、真空軽油、デカント油、分解軽油、または軽質軽油の１つまたは複数に代えて、または追加して重油供給原料の一部を含んでもよい。その後、希釈前駆体組成物は重油供給原料の第一の部分と混合されてブレンド供給原料組成物を形成する。最後に、ブレンド供給原料組成物は、任意の残りの供給原料と混合されて、重油供給原料内で、分子レベルまで下がった均一に分散された触媒前駆体をもたらす。
【００１０】
本発明方法を実施するための例示的システムは、触媒前駆体と希釈剤とを混合して希釈触媒前駆体を形成するための第一の静的低剪断インライン混合機；希釈触媒前駆体と重油供給原料の第一の部分とを混合してブレンド供給原料組成物を形成するための第二の静的低剪断インライン混合機と、それに続く高剪断混合機；ならびにブレンド供給原料組成物および任意の残りの重油供給原料が導入されるサージタンクを含む。サージタンクは、約５分〜約６０分、好ましくは、約１０分〜約５０分、更に好ましくは、約２０〜約４０分の滞留時間を都合良く用意し、ブレンド供給原料の第一の成分を、残りの重油の第二の成分全体にわたって更に均等に分散させることを可能にすることができる。この結果は、触媒前駆体が、コロイド状または分子状触媒の形成のための準備の重油供給原料内で分子レベルまで下がって均一に分散されることである。
【００１１】
１つの実施形態では、触媒前駆体と炭化水素希釈剤、および希釈触媒前駆体と重油供給原料とを混合するために使用されるインライン静的混合機は、約２から約２０段階、更に好ましくは、約７から約１５段階、最も好ましくは、約８から約１２段階を含むものとして特徴付けられる。触媒前駆体が重油供給原料の大部分または実質的な部分と良く混合された場合は、重油供給原料の残りの部分は、触媒前駆体と重油供給原料の全体との所望の十分な混合を達成するために、サージタンク内での分子状拡散、およびその後の多段階高圧ポンプへのポンプ輸送を見込んで、希釈触媒前駆体と予備混合されることなくサージタンクへ供給されてもよい。
【００１２】
サージタンクに残るブレンド供給原料材料を圧送するために使用される１つまたは複数の多段階高圧ポンプは、好ましくは、少なくとも約１０の圧縮段階を含む。複数の多段階高圧ポンプは、有効な数の圧縮段階（直列）を増加するためにまたは下流の水素化処理システムへの送達のための能力を増加するために（並列）互いに直列におよび／または並列に配列されてもよい。現に好ましい実施形態によれば、希釈触媒前駆体と重油供給原料の第一の部分とを混合するための装置は、単一インライン静的混合機と、それに続く高剪断混合機を含む。最も好ましい高剪断混合機は、全混合時間の殆どが静的混合機で占められるように、相対的に短い滞留時間を有する。この配置は、ある程度の混合と、その後の高剪断混合機内での更なる混合を有利に達成するために静的混合機の圧力損失を使用する。
【００１３】
重油供給原料は、希釈触媒前駆体との漸進的な混合のために複数の（好ましくは２つの）流れに分割される。希釈触媒前駆体と最初に混合される第一の流れは、全流量の約１０％から約９５％、好ましくは、全流量の約３０％から約９０％、更に好ましくは、全流量の約４０％から約８０％、最も好ましくは、全流量の約６５％から約７５％を占める。重油供給原料を２つの流れに分割することは、優れた混合を与えると同時に、供給原料を３つの流れに分割するのに随伴する操作的および構造的コストを最小限にする。
【００１４】
本発明のこれらのおよびその他の利点ならびに特徴は以下の説明および添付の特許請求の範囲から更に完全に明らかとなり、または、以降で示される本発明の実行により知ることができる。
【００１５】
本発明の上記のおよびその他の利点ならびに特徴を更に明確にするために、本発明の更に具体的な説明が、添付の図面で例示されるこの特定の実施形態への参照により与えられる。これらの図面は本発明の一般的な実施形態のみを表すのであって、その範囲を限定するもとして解釈されるべきではないことが認識される。本発明は、添付の図面の使用により更なる特異性および詳細を以って記載され且つ説明される。
【００１６】
Ｉ．定義および序論
本発明は、重油供給原料内で炭化水素可溶触媒前駆体の十分な分散を達成するための方法およびシステムに関する。一度分子レベルまで落ちて分散した触媒前駆体は加熱により分解を引き起こし、重油供給原料中で水素化処理硫化モリブデン触媒を形成する。触媒前駆体は、油溶性金属塩（例えば、モリブデン塩）を形成するために複数の有機アニオンと結合する金属カチオンを含む。油溶性金属塩は、所望の酸化状態でモリブデン原子を得るために還元剤の存在下で製造される。
【００１７】
「コロイド状触媒」および「コロイド的に分散した触媒」という用語は、大きさがコロイド状である、例えば、直径で約１００ｎｍ未満、好ましくは、直径で約１０ｎｍ未満、更に好ましくは、直径で約５ｎｍ未満、最も好ましくは、直径で約１ｎｍ未満である粒径を有する触媒粒子を意味する。「コロイド状触媒」という用語は、分子状または分子状的に分散した触媒化合物を含むがこれに限定されない。
【００１８】
「分子状触媒」および「分子状的に分散した触媒」という用語は、重油炭化水素供給原料、不揮発性液体画分、残油画分、残油、またはその他の供給原料もしくは触媒が見出されてもよい生成物中で本質的に「溶解した」またはその他の触媒化合物もしくは分子から完全に解離した触媒化合物を意味する。それは、また、一緒に結合した（例えば、１５分子以下）少数の触媒分子だけを含む極めて小さい触媒粒子を意味する。
【００１９】
「ブレンド供給原料組成物」および「状態調整された供給原料組成物」という用語は、油溶性触媒前駆体組成物が一緒にされて十分に混合され、触媒前駆体の分解および触媒の形成により、触媒が、供給原料内に分散したコロイド状および／または分子状触媒を含む重油供給原料を意味する。
【００２０】
「重油供給原料」という用語は、重質原油、オイルサンドビチューメン、バレルの残油、および精製工程で残される残油（例えば、ビスブレーカー残油（ｖｉｓｂｒｅａｋｅｒ  ｂｏｔｔｏｍ））、および実質的な量の高沸騰炭化水素画分（例えば、３４３℃（６５０°Ｆ）以上で、更に具体的には、約５２４℃（９７５°Ｆ）以上で沸騰する）を含む、および／または固体支持触媒を不活性化することのできる、および／またはコークス前駆体および堆積物の形成を引き起こすまたはもたらす相当量のアスファルテンを含む任意のその他の低級材料を意味する。重油供給原料の例としては、Ｌｌｏｙｄｍｉｎｓｔｅｒ重油、Ｃｏｌｄ  Ｌａｋｅビチューメン、Ａｔｈａｂａｓｃａビチューメン、常圧塔底物、真空塔底物、残留物（または「残油」）、残油ピッチ、真空残渣、および原油、タールサンドからのビチューメン、液化石炭、またはコールタール供給原料を蒸留、加熱分離等に掛けた後に残る、高沸騰画分および／またはアスファルテンを含む不揮発性液体画分が挙げられるがこれらに限定されない。
【００２１】
「アスファルテン」という用語は、パラフィン系溶剤、例えば、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、およびヘプタン等に一般的に不溶で、硫黄、窒素、酸素および金属等のヘテロ原子で一緒に保持された縮合環化合物のシートを含む重油供給原料の画分を意味する。アスファルテンは、５０００から１０，０００の範囲で、溶液法で決定される支配的分子量を持つ、８０から１６０，０００個の炭素原子を何処かに有する広範囲の複合化合物を広範囲に含む。原油中の金属の８０〜９０％は、高濃度の非金属ヘテロ原子と一緒になって、原油中のその他の炭化水素よりも親水性で疎水性に欠けるアスファルテン分子を与えるアスファルテン画分中に含まれる。ＣｈｅｖｒｏｎのＡ．Ｇ．Ｂｒｉｄｇｅおよび共同研究者により開発された仮想的アスファルテン分子構造は図１で表される。
【００２２】
所望のコロイド状および／または分子状触媒は、一般的に、供給原料の水素化処理前または開始時に重油供給原料内のその場で形成される。油溶性触媒前駆体は有機金属化合物または錯体を含み、有機金属化合物または錯体は重油供給原料と都合良くブレンドされ、重油供給原料内で十分に分散され、加熱、分解、および最終触媒の形成前に供給原料内で触媒前駆体の非常に高い分散性を達成する。例示的触媒前駆体は、約１５重量％のモリブデンを含むモリブデン２−エチルヘキサノエート錯体である。
【００２３】
重油供給原料内での触媒前駆体の十分な混合を確実にするために、触媒前駆体は、図２で示される複数工程ブレンド方法により重油供給原料中へ混合される。油溶性触媒前駆体は、炭化水素油希釈剤（例えば、真空軽油、デカント油、分解軽油、軽質軽油、および／または供給原料の一部）と予備ブレンドされて、希釈触媒前駆体を生成し、この希釈触媒前駆体はその後重油供給原料の第一の部分とブレンドされて触媒前駆体および重油供給原料の第一混合物を形成する。この第一混合物は、触媒前駆体が重油供給原料内で分子レベルにまで落ちて均一に分散されるような方法で、残りの重油供給原料を含む第二の部分とブレンドされる。ブレンド供給原料組成物は、次いで、触媒前駆体を分解するために加熱され、重油供給原料内でコロイド状または分子状触媒を形成してもよい。
【００２４】
ＩＩ．例示的混合システムおよび方法
図３は、重油供給原料２０８内でコロイド状および／または分子レベルで分散する触媒前駆体をもたらすために、重油供給原料２０８内で油溶性触媒前駆体２０２を緊密に混合するための例示的システム２００を図解的に例示する。油溶性触媒前駆体２０２は、好ましくは、約１００℃（２１２°Ｆ）から約３５０℃（６６２°Ｆ）の範囲、更に好ましくは、約１１０℃（２３０°Ｆ）から約３００℃（５７２°Ｆ）の範囲、最も好ましくは、約１２０℃（２４８°Ｆ）から約２５０℃（４８２°Ｆ）の範囲の分解温度を有する。例示的触媒前駆体組成物の例としては有機金属錯体または化合物、更に具体的に言えば、遷移金属および有機酸の油溶性化合物または錯体が挙げられる。現に好ましい触媒前駆体は、１５重量％のモリブデンを含み、約２５０℃（４８２°Ｆ）より下の温度で重油供給原料と混合された場合に実質的な分解を避けるための分解温度または十分に高い範囲の分解温度を有するモリブデン２−エチルヘキサノエートである。その他の例示的前駆体組成物としては、モリブデンオクトエート、モリブデンヘキサノエート、モリブデンナフタネート、バナジウムナフタネート、バナジウムオクトエート、モリブデンヘキサカルボニル、バナジウムヘキサカルボニル、および鉄ペンタカルボニルが挙げられるがこれらに限定されない。
【００２５】
触媒前駆体２０２は、触媒前駆体２０２の所望の流量を送達するために計量ポンプ２０３により計量される。触媒前駆体２０２は、次いで、第一の静的インライン低剪断混合機２０６内で希釈剤２０４と混合されて希釈触媒前駆体組成物２０７を形成する。適当な炭化水素希釈剤２０４の例としては、始動ディーゼル（一般的に、約１５０℃以上の沸騰範囲を有する）、真空軽油（一般的に、３６０〜５２４℃（６８０〜９７５°Ｆ）の沸騰範囲を有する）、デカント油または分解軽油（一般的に、３６０℃〜５５０℃（６８０〜１０２２°Ｆ）の沸騰範囲を有する）、および／または軽質軽油（一般的に、２００℃〜３６０℃（３９２〜６８０°Ｆ）の沸騰範囲を有する）が挙げられるがこれらに限定されない。幾つかの実施形態では、触媒前駆体組成物を重油供給原料の一部で希釈することが可能であってもよい。希釈剤は芳香族成分の実質的な画分を含んでもよいが、良く分散した触媒は、重油供給原料内のアスファルテンならびに供給原料のその他の成分を水素分解することができるので、これは溶液中で供給原料のアスファルテン画分を保つために必要とされるものではない。
【００２６】
触媒前駆体組成物２０２対炭化水素油希釈剤２０４の重量比は、好ましくは、約１：５００から約１：１の範囲、更に好ましくは、約１：１５０から約１：２の範囲、最も好ましくは、約１：１００から約１：５の範囲（例えば、１：１００、１：８０、１：５０、１：３０、または１：１０）である。
【００２７】
触媒前駆体組成物２０２は、触媒前駆体組成物２０２の相当な部分が分解を開始する温度より下の温度で、好ましくは、約２５℃（７７°Ｆ）から約３００℃（５７２°Ｆ）の範囲、更に好ましくは、約５０℃（１２２°Ｆ）から約２００℃（３９２°Ｆ）の範囲、最も好ましくは、約７５℃（１６７°Ｆ）から約１５０℃（３０２°Ｆ）の範囲の温度で、希釈前駆体混合物を形成するために、炭化水素希釈剤２０４と都合良く混合される。希釈前駆体混合物が形成される実際の温度は、一般的に、使用される特定の前駆体組成物の分解温度に大きく依存する。
【００２８】
都合の良いこととして、希釈前駆体混合物２０７と重油供給原料２０８とをブレンドする前に、前駆体組成物２０２と炭化水素希釈剤２０４とを予備混合することは、経済的価値のある、特に、混合システムが連続流動方法（バッチ方法とは逆のもの）である場合の大規模工業運転にとって必要とされる相対的に短時間で、供給原料２０８内で前駆体組成物２０２を十分に且つ緊密にブレンドするのを大いに助けることが分かった。希釈前駆体２０７を形成することで、（１）更に極性の触媒前駆体組成物２０２および重油供給原料２０８との間の溶解度の差を減少または無くすことにより、（２）触媒前駆体組成物２０２および重油供給原料２０８との間のレオロジーにおける差を減少または無くすことにより、および／または（３）触媒前駆体分子のクラスターを破壊して、重油供給原料２０８内で更にもっと容易に分散される炭化水素油希釈剤２０４内に溶質を形成ことにより、全体の混合時間が短くなる。
【００２９】
インライン混合機２０６内で達成される初期混合の程度は、少なくとも部分的に、低剪断インライン静的混合機内の段階の数による。１つの実施形態では、混合機２０６は、約２〜約２０段階、好ましくは、約７〜約１５段階、更に好ましくは、約８〜約１２段階を含むものとして特徴付けられる。混合理論では、１つの段階は、力強く撹拌される１つの容器を持つことに実質的に等しい。混合は完全ではないので（即ち、そこには、混合される成分により、容器の幾つかの短い迂回が存在する）、混合の程度は、連続の混合容器（即ち、段階）が使用される場合に改善される。例示的インライン静的混合機２０６は移動部品を含まず、むしろ管またはその他のハウジングの内側に複数の内部邪魔板またはその他の要素を含む。内部邪魔板またはその他の要素は、乱流方法で液体を繰返し分割し、再結合して種々の成分を混合することにより多数の異なる方向で流動する液体を導く。静的混合機での段階の数は、連続の混合容器（即ち、第一の容器を出た流体が混合するために第二の容器に入り、第二の容器を出た流体が第三の容器に入る、等）を使用した場合に生じる混合の程度と比較した場合に静的混合機内で期待できる混合の程度と実験的に相関関係にある。換言すれば、１０段階を含むものとして特徴付けられる静的混合機は、連続で１０個の混合容器を含む混合システムで与えられる程度と実質的に等しい混合の程度を与える。
【００３０】
重油供給原料と混合する前に触媒前駆体を希釈剤で希釈することは、炭化水素油希釈剤が、それ自体、触媒前駆体よりも重油供給原料と更に容易にブレンドされるので、重油供給原料内での前駆体組成物の十分なブレンドの達成の助けとなる。触媒前駆体が希釈剤と予備混合されること、および全体の方法および混合システムにおいて、前駆体組成物の実質的な分解が起きる前に供給原料内で前駆体組成物を十分に混合するのに十分な時間で成分を混合することに注意することが重要である。例えば、その開示が参照により組み込まれている、シールらの特許文献１は、得られた混合物が反応容器で加熱されて触媒化合物を形成し、水素化分解を行う前に、モリブデン２−エチルヘキサノエートが、ビチューメン真空塔残留物および溶剤と２４時間混合される方法を記載している（第１０欄、４〜４３行を参照されたい）。テスト環境では２４時間混合は全体的に許容され得るとしても、そのような長い混合は、ある種の工業的運転を法外に高価なものにしてしまう。触媒前駆体が、希釈触媒前駆体全体にわたって実質的に均一に分散されるように触媒前駆体と希釈剤とを予備混合することは、重油供給原料全体にわたって所望の分散を達成するために必要とされる混合時間を減少させるのに大いに有利である。本明細書で記載される希釈剤と触媒前駆体との予備混合を含む図３および４の連続流動システムが、特に、商業的運転環境において、シールらにより説明されている方法よりも明らかな利点を与えることは当業者には明らかである。
【００３１】
重油供給原料２０８が水（例えば、凝縮水）を含む場合、初めに希釈前駆体混合物を形成することは特に有利である。さもないと、極性触媒前駆体組成物２０２に対する水の大きな親和力が前駆体組成物２０２の局部凝集を引き起こして、不十分な分散およびミクロンサイズまたは大きな触媒粒子の形成をもたらす。炭化水素油希釈剤２０４は、実質的な量のミクロンサイズまたは大きな触媒粒子の形成を防ぐために、好ましくは実質的に無水（即ち、約０．５％未満の水を含む）である。
【００３２】
次いで、希釈前駆体混合物２０７は、供給原料全体にわたって触媒前駆体組成物２０２を分散させて、前駆体組成物２０２が重油供給原料２０８内で十分に混合される、状態調整された供給原料組成物を生成するような方法で重油供給原料２０８と組み合わされる。例示のシステム２００では、重油供給原料２０８は、希釈触媒前駆体流２０７と漸進的に混合するために２つの流れ、２０８ａおよび２０８ｂに分割される。一例では、流れ２０８は、流れ２０８の流量の約１０〜約９５％が流れ２０８ａ内に含まれるように、好ましくは、流れ２０８の約４０〜約８０％、更に好ましくは、約６５〜約７５％が流れ２０８ａ内に含まれるように分割されてもよい。
【００３３】
希釈触媒前駆体流２０７は、希釈触媒前駆体を供給原料流２０８ａの中へ混合することを始めるのに都合良く作用する第二の低剪断静的インライン混合機２１０で、第一の重油供給原料流２０８ａと都合良くブレンドされる。混合機２１０からの流出液２１１は、希釈剤２０４、触媒前駆体２０２、および重油供給原料２０８の一部の混合物を含む。流出液２１１内の触媒前駆体は、重油供給原料内でまだコロイド状におよび／または分子状に分散していなくてもよい。流出液２１１は、触媒前駆体および重油供給原料を一緒に緊密にブレンドするのに都合良く作用する、動的高剪断混合機２１２（即ち、非常に乱流の高剪断混合を与えるプロペラまたはタービンインペラを持つ容器）中へ導入される。適当な動的高剪断混合機の一例は、英国のＷａｔｅｒｓｉｄｅに在るＳｉｌｖｅｒｓｏｎ  Ｍａｃｈｉｎｅｓ、Ｌｔｄ．で製造された８００ＬＳインライン混合機である。高剪断混合機２１２からの第一ブレンド混合物を含む流出液２１３は、残りの第二の重油供給原料２０８ｂ流と一緒にサージタンク２１４へ導入される。
【００３４】
重油供給原料内で触媒前駆体組成物の十分な混合を得て前駆体組成物の分解によりコロイド状および／または分子状触媒を生成するために、希釈前駆体混合物および重油供給原料１０８は、好ましくは、約０．００１秒から約２０分の範囲、更に好ましくは、約０．００５秒から約２０秒の範囲、最も好ましくは、約０．０１秒から約３秒の範囲の期間で混合される。静的低剪断混合機の混合時間は、段階の数および成分の容積流量に依存する。高剪断混合機２１２内での混合方法の活力および／または剪断エネルギーは、一般的に、高剪断混合機２１２内で十分な混合を行うのに必要とされる混合時間を減少する。静的インライン混合機２１０での混合時間は、全混合時間の大部分を都合良く含んでもよい。そのような配置は、ある程度の混合を都合良く達成し、続いてまたは先立って、高剪断混合機２１２内で更なる混合をするために静的混合機２１０の圧力損失を使用する。インライン混合機２１０の後に続くことが高剪断混合機２１２にとって一般的に好ましい。例えば、１つの例示的な大きな商業的規模の運転は、高剪断混合機２１２よりも長い混合滞留時間を有するインライン静的混合機２１０と一緒に、動的高剪断混合機２１２で約０．０３〜約０．５秒で適当な混合の程度を達成できる。
【００３５】
静的インライン混合機とそれに続く動的高剪断混合機を含む特定の配置は、希釈触媒前駆体２０７および重油供給原料２０８ａの第一の部分の極めて十分な混合を都合良く与えることが分かった。そのような配置は好ましいものであってもよいが、その他の混合配置が使用されてもよい。例えば、その他の混合配置は、１つまたは複数の動的高剪断混合機単独；複数の静的インライン混合機；または１つまたは複数のインライン高剪断混合機と組み合わせた複数の静的インライン混合機を含んでもよい。
【００３６】
更なる装置は、重油供給原料内で触媒前駆体のなお更に十分な混合を与えるためにシステム内の下流に含まれてもよい。例えば、静的インライン混合機２１０および動的高剪断混合機２１２（または、その他の混合装置配置）は、次に、サージタンク２１４の周囲のポンプ、および／または１つまたは複数の高圧多段階遠心ポンプが続いてもよい。例示的システム２００は、以下で更に検討される、並列に配列された３つのポンプ２１６ａ〜２１６ｃを含む。
【００３７】
図３のシステムでは、重油供給原料２０８の一部だけ（即ち、流れ２０８ａ）が希釈触媒前駆体２０７と最初に混合される。供給物流２０８を２つの流れ２０８ａおよび２０８ｂへ分割することが例示されているが、供給物流２０８は、触媒前駆体と漸進的にブレンドするために３つまたはそれ以上の流れに分割されてもよい。しかしながら、供給物流が、任意の残りの重油と第一のブレンド混合物との混合中に２つの流れを再結合するためにサージタンクの使用で２つの供給物流に分割されるシステムは、運転コストならびにシステムおよび方法の複雑さを極度に増加することなく、供給原料２０８内で触媒前駆体２０２の極めて十分な混合を達成することが分かったので、特に有利である。
【００３８】
この時点で、触媒前駆体は、重油供給原料の一部だけの全体にわたって緊密に混合されている。状態調整された重油供給原料２１３の流れは、次いで、残りの重油供給原料２０８ｂと一緒にサージタンク２１４中へ導入される。そのようなサージタンクは、一般的に、任意の下流の水素化処理反応器システムと一体化している。この場合では、サージタンクは、重油供給原料全体にわたって触媒前駆体を更に完全に拡散させるために使用される。分子状拡散により、サージタンク２１４内の触媒前駆体２０２は、コロイド状または分子状触媒を形成するために、加熱および分解への準備の重油供給原料全体にわたってなお更に完全に拡散を続ける。十分な拡散時間を与えるために、サージタンク２１４は、約５分〜約６０分、好ましくは、約１０分〜約５０分、更に好ましくは、約２０分〜約４０分の滞留時間を用意してもよい。サージタンクの正味の滞留時間は、状態調整された重油供給原料の所望の生産量によって長くても短くてもよい。
【００３９】
最後に、状態調整された供給原料は、ポンプ２１６ａ〜２１６ｃによりサージタンク２１４の外へポンプで汲み上げられ、重油供給原料の水素化処理のための反応器システムへ送達される。ポンプ２１６ａ〜２１６ｃは、多段階高圧ポンプを都合良く含んでもよい。複数の圧縮段階（例えば、約１０を超える）なので、そのようなポンプは、状態調整された供給原料の更に強烈な混合を与え、供給原料２０８内での触媒前駆体２０２の十分な混合を確実にする。結果は、水素化処理反応器システムへ送達される状態調整された供給原料が、分子レベルまで落ちた、重油供給原料全体にわたって分散した触媒前駆体を含み、触媒を形成するための前駆体の加熱および分解により、形成された触媒が都合良くコロイド状または分子状のサイズに在るということである。
【００４０】
例示される実施形態は、並列に３つのポンプ（例えば、ポンプ２１６ａ、２１６ｂ、および２１６ｃ）を都合良く含む。ポンプは複数の段階（例えば、約１０を超える）を都合良く含むので、状態調整された供給原料は、それがポンプ２１６ａ、２１６ｂ、または２１６ｃの１つを通過する際に強烈に混合される。ポンプ２１６ａ〜２１６ｃが並列であるようにシステムを配置すると、下流の水素化処理反応器システムへ送達される状態調整された供給原料の増加した流量を与える。選択的実施形態では、ポンプは連続でまたは連続および並列の組合せであるように置かれてもよい。ポンプを連続で配置すると、状態調整された供給原料が通過する強烈な混合段階の数が効果的に増加する。例えば、それぞれが５つの段階を含む連続の２つのポンプは、状態調整された供給原料を生成するために重油供給原料内で触媒前駆体の実質的に同じ緊密な混合を達成するために１０段階を含む単独のポンプに代えて使用することができる。いずれの配置でも、結果は、触媒前駆体が供給原料内でコロイド状および／または分子レベルで均一に分散し、加熱によってコロイド状および／または分子状触媒生成物が形成されるということである。
【００４１】
前述の記載から見て、重油供給原料は分割されて、複数の画分、例えば、２つ以上の画分として添加されてもよい。１つの例示的漸進的混合方法では、２０％の重油供給原料が初めに希釈前駆体組成物と混合されて第一ブレンド混合物を形成し、次いで、４０％の重油供給原料（６０％の合計に対して）が、第二ブレンド混合物を形成するために添加され、その後、残った４０％の重油供給原料が最終の状態調整された供給原料を形成するために混合される。しかしながら、遥かに優れた方法は、図３に関連して記載される、重油供給原料を２つの画分だけに分割する工程を含むことが分かった。画分、流れ、および混合工程の数の増加は、システムおよび方法の運転コストおよび複雑さを増加するので、好ましくは、重油供給原料は、供給原料内で触媒前駆体の極めて十分な混合をなお達成しながら、できれば少数の画分（即ち、２）に分割される。図３に関連し記載される２つの画分を含む漸進的混合方法は、重油供給原料内で触媒前駆体の極めて十分な混合をもたらすことが分かった。
【００４２】
重油供給原料が室温で固体または極端に粘稠である場合、そのような供給原料は都合良く加熱してそれらを軟化させ、十分に低い粘度を有する供給原料にして、油溶性触媒前駆体の供給原料中への良好な混合を可能としてもよい。一般的に、重油供給原料の粘度の減少は、供給原料内での油溶性前駆体組成物の十分且つ緊密な混合を行うために必要な時間を減少させる。しかしながら、供給原料は、触媒前駆体が供給原料組成物全体にわたって十分に分散されるまでは、触媒前駆体組成物の著しい分解が起こる温度より上の温度で加熱されるべきではない。触媒前駆体組成物が早めに分解すると、一般的に、コロイド状または分子状触媒よりもむしろミクロンサイズのまたは大きな触媒粒子の形成を招く。重油供給原料および希釈触媒前駆体混合物は、ブレンド供給原料組成物を生成するために、好ましくは、約２５℃（７７°Ｆ）から約３００℃（５７２°Ｆ）の範囲、更に好ましくは、約５０℃（１２２°Ｆ）から約２００℃（３９２°Ｆ）の範囲、最も好ましくは、約７５℃（１６７°Ｆ）から約１５０℃（３０２°Ｆ）の範囲の温度で混合される。
【００４３】
本発明の混合システムは、混合方法全体にわたって、触媒前駆体の分解温度より下の温度で触媒前駆体組成物を都合良く維持する。したがって、触媒前駆体組成物は、重油供給原料内の触媒前駆体組成物の緊密な混合が達成される前に、実質的な早期分解に耐える。その後、供給原料を、硫黄含有炭化水素分子から硫化水素の放出を引き起こすのに十分な温度に加熱することにより、供給原料と緊密に混合された触媒前駆体は、コロイド状のサイズ（即ち、１００ｎｍ未満、好ましくは、約１０ｎｍ未満、更に好ましくは、約５ｎｍ未満、最も好ましくは、約１ｎｍ未満）の個々の金属硫化物触媒分子および／または極端に小さい粒子になる。
【００４４】
触媒前駆体組成物が、ブレンド供給原料組成物を生成するために重油供給原料全体にわたって良く混合された後、この組成物は、次いで、触媒前駆体組成物が顕著な分解を起こしてそれから触媒金属を遊離し、最終の活性触媒を形成する温度よりも上まで加熱される。１つの実施形態によれば、前駆体組成物からの金属は初めに金属酸化物を形成し、これは、次いで、重油供給原料から遊離した硫黄と反応し、最後の活性触媒である金属硫化物化合物を生成することが考えられる。重油供給原料が十分なまたは過剰の硫黄を含む場合、最終の活性化触媒は、状態調整された重油供給原料を、それから硫黄を遊離するのに十分な温度まで加熱することによりその場で形成されてもよい。幾つかの場合では、硫黄は、前駆体組成物が分解する温度と同じ温度で遊離することができる。その他の場合では、更に高温までの加熱が必要とされてもよい。
【００４５】
１つの実施形態によれば、有機金属前駆体化合物または錯体から遊離した金属触媒原子は、加熱中に重油供給原料から遊離した硫黄と反応して、１つまたは複数のタイプの金属硫化物を含む金属触媒化合物を生成する。本発明による方法およびシステムで使用されてもよい有用な金属硫化物触媒の非限定的例は二硫化モリブデンである。二硫化モリブデンを形成するために使用される触媒前駆体の非限定的例はモリブデン２−エチルヘキサノエートである。
【００４６】
コロイド状または分子状触媒は、一般的に、それが支持体材料の細孔内に含まれないので、決して不活性化されることはない。更に、重油供給原料との緊密な接触の故に、分子状触媒および／またはコロイド状触媒粒子は、水素原子と重油分子から形成される遊離基との間の水素化反応を急速に触媒することができる。分子状またはコロイド状触媒は高級化生成物と一緒に水素化処理反応器を出るが、それは、常に、入ってくる供給原料中に含まれている新鮮な触媒で置き換えられる。結果として、方法条件、生産量および転化率水準は、唯一の水素化処理触媒として固体支持触媒を使用する方法と比較して長期にわたり顕著に持続する。更に、コロイド状または分子状触媒は供給原料全体にわたって更に自由に分散されるので、アスファルテンと緊密に一体化されることを含めて、転換率水準および生産量が、従来の水素化処理システムと比較して著しくまたは実質的に増加する。
【００４７】
均一に分散したコロイド状および／または分子状触媒は、また、反応室および供給原料材料全体にわたって触媒反応部位を更に均等に分布させることができる。これは、重油分子が、活性触媒部位に到達するために触媒支持体の細孔中へ拡散しなければならない、相対的に大きな（例えば、１／４”×１／８”または１／４”×１／１６”）（６．３５ｍｍ×３．１７５ｍｍまたは６．３５ｍｍ×１．５８７５ｍｍ）支持触媒だけを使用する沸騰床（ｅｂｕｌｌａｔｅｄ  ｂｅｄ）反応器と比較して、遊離基が互いに反応してコークス前駆体分子および堆積物を形成する傾向を減少させる。当業者には明らかであるように、一般的な沸騰床反応器は、本来、反応器底部（プレナム）に在って、広げられた触媒レベルより上から再循環カップまでの無触媒帯域を有する。これらの無触媒帯域では、重油分子は熱分解反応を受け続けて遊離基を形成し、これが互いに反応してコークス前駆体分子および堆積物を生み出す。
【００４８】
下流の水素化処理反応器システムに関して本発明の混合システムから生まれる利益としては、高転換率水準および生産量を可能にする、分解炭化水素分子への増加した水素原子の移動、固定床反応器の場合での減少された圧力損失、減少した触媒の汚れ、さもなければ起こり得る触媒不活性化を補償するための、固定床水素化処理での反応器温度の増加速度の減速、および／または固体支持触媒を置き換えるために固定床反応器を閉鎖するための頻度の減少が挙げられる。
【００４９】
油溶性触媒前駆体が重油供給原料全体にわたって十分に混合される場合、遊離した金属イオンの少なくとも実質的な部分は、これらが、金属硫化物化合物を形成するために硫黄と反応して分子状的に分散した触媒を形成することができるようにその他の金属イオンから十分に保護または遮断される。幾つかの環境下では、小さな凝集が起こってコロイドサイズの触媒粒子を生成する。しかしながら、供給原料全体にわたって前駆体組成物を十分に混合することに注意すれば、コロイド状粒子よりもむしろ個々の触媒分子を生成することが考えられる。単純に混合して十分にブレンドすることに失敗すると、供給原料を伴う触媒前駆体組成物は、一般的に、ミクロンサイズのまたは大きな、巨大凝集金属硫化物化合物の形成を引き起こす。
【００５０】
金属硫化物触媒を形成するために、ブレンド供給原料組成物は、好ましくは、約２００℃（３９２°Ｆ）から約５００℃（９３２°Ｆ）の範囲、更に好ましくは、約２５０℃（４８２°Ｆ）から約４５０℃（８４２°Ｆ）の範囲、最も好ましくは、約３００℃（５７２°Ｆ）から約４００℃（７５２°Ｆ）の範囲の温度まで加熱される。１つの実施形態によれば、状態調整された供給原料は、水素化分解反応器内の水素化分解温度よりも低い約１００℃（２１２°Ｆ）、好ましくは、水素化分解温度よりも低い約５０℃（１２２°Ｆ）である温度まで加熱される。１つの実施形態によれば、コロイド状または分子状触媒は、重油供給原料が水素化分解反応器中へ導入される前の予備加熱中に形成される。その他の実施形態によれば、コロイド状または分子状触媒の少なくとも一部は、水素化分解反応器それ自体の内のその場で形成される。幾つかの場合では、コロイド状または分子状触媒は、重油供給原料が水素化分解反応器中へ導入される前または後に、重油供給原料が水素化分解温度まで加熱される際に形成することができる。コロイド状または分子状触媒中の触媒金属の初期濃度は、好ましくは、重油供給原料の重量で１００万当たり約５部（ｐｐｍ）から約５００ｐｐｍの範囲、更に好ましくは、約１５ｐｐｍから約３００ｐｐｍの範囲、最も好ましくは、約２５ｐｐｍから約１７５ｐｐｍの範囲である。触媒は、揮発性画分が不揮発性残油画分から除去されるにつれて更に濃くなることができる。
【００５１】
重油供給原料の一般的に疎水性の性質にも拘わらず、アスファルテン分子は、一般的に、多数の酸素、硫黄および窒素官能基および一体化した金属成分、例えば、ニッケルおよびバナジウム等を有するので、アスファルテン画分は、供給原料内のその他の炭化水素よりも著しく疎水性に欠け、より親水性である。したがって、アスファルテン分子は、重油供給原料中のより疎水性の炭化水素に比較して、一般的に、極性金属硫化物触媒、特に、コロイド状または分子状状態である場合の触媒に対して大きな親和力を有する。結果として、極性金属硫化物分子またはコロイド状粒子の相当な部分は、供給原料中のより疎水性の炭化水素に比較して、より親水性で疎水性に欠けるアスファルテン分子と一体化する傾向にある。アスファルテン分子への触媒粒子または分子の緊密な接近は、アスファルテン画分の熱分解により形成される遊離基を含む反応の有利な高級化促進を助ける。この現象は、多孔性支持触媒を不活性化し、処理装置の上または内部でコークスおよび堆積物を堆積するアスファルテンの傾向により、従来の水素化処理方法を使用して高級化することが、不可能ではないが困難である、相対的に高いアスファルテン含有量を有する重油の場合に特に有利である。図４は、アスファルテン分子と一体化した、またはそれに緊密に接近した触媒分子、またはコロイド状粒子「Ｘ」を図解的に表す。
【００５２】
触媒化合物の高度に極性の性質は、コロイド状および／または分子状触媒とアスファルテン分子との一体化を引き起こすか可能にするが、高度に極性の触媒化合物ならびに、前駆体の分解およびコロイド状または分子状触媒の形成前に重油供給原料内で油溶性触媒前駆体組成物の前述の緊密なまたは十分な混合を必要とする疎水性重油供給原料との間は一般的に非相溶性である。金属触媒化合物は高度に極性であるので、これらは、重油供給原料へ直接にまたは水溶液もしくは油および水のエマルションの一部として添加された場合、コロイド状または分子状形態で重油供給原料内で効果的に分散することができない。そのような方法は、必然的に、ミクロンサイズのまたは大きな触媒粒子を生成する。
【００５３】
ナノメートルサイズの二硫化モリブデン結晶を図解的に表す図５Ａおよび５Ｂを参照する。図５Ａは二硫化モリブデン結晶の平面図であり、図５Ｂは側面図である。二硫化モリブデンの分子は、一般的に、平らな六方晶系結晶を形成し、その中でモリブデン（Ｍｏ）原子の単独層が硫黄（Ｓ）原子の層間に挟まれている。触媒作用のための唯一の活性部位はモリブデン原子が暴露される結晶縁上に在る。小さな結晶は、縁で暴露されるモリブデン原子の高い割合を有する。
【００５４】
モリブデン原子の直径は約０．３ｎｍであり、硫黄原子の直径は約０．２ｎｍである。二硫化モリブデンの例示のナノメートルサイズの結晶は、１４個の硫黄原子の間に挟まれた７個のモリブデン原子を有する。図５Ａで最も良く分かるように、全モリブデン原子の７個の内の６個（８５．７％）は縁で暴露され、触媒活性のために利用可能である。反対に、二硫化モリブデンのミクロンサイズの結晶は数百万個の原子を有するが、結晶の縁で暴露されていて、触媒活性のために利用可能なものは全モリブデン原子の約０．２％に過ぎない。ミクロンサイズの結晶中のモリブデン原子の残りの９９．８％は結晶内部に埋没し、したがって、触媒作用のために利用することはできない。これは、活性触媒部位を用意する場合、ナノメートルサイズの二硫化モリブデン粒子は、少なくとも理論的には、ミクロンサイズの粒子よりも一層効果的であることを意味する。
【００５５】
実際面では、小さな触媒粒子を形成すると、供給原料全体にわたってより多くの触媒粒子および更に均等に分布した触媒部位をもたらす。単純な計算では、ミクロンサイズの粒子に代わってナノメートルサイズの粒子を形成すると、触媒結晶のサイズおよび形状によって、およそ１０００３（即ち、１００万）から１０００６（即ち、１０億）倍多い粒子をもたらすことが分かる。これは、活性触媒部位が存在する供給原料内におよそ１００万から１０億倍多い点または場所が存在することを意味する。更に、ナノメートルサイズまたは小さな二硫化モリブデン粒子は、図４で示されるように、アスファルテン分子と緊密に一体化したものになるものと考えられる。反対に、ミクロンサイズまたは大きな触媒粒子は、アスファルテン分子とまたは内部で緊密に一体化してもっとずっと大きなものになるものと考えられる。少なくともこれらの理由で、コロイド状および／または分子状触媒の形成を提供する混合方法およびシステムに関連した明確な利点は当業者には明らかであろう。
【００５６】
ＩＩＩ．実施例
以下の実施例は、触媒前駆体を重油供給原料中へ緊密に混合して状態調整された重油供給原料を生成するための本発明による幾つかの例示的混合方法および混合システムを更に具体的に例示する。
【実施例１】
【００５７】
ブレンド重油供給原料を、図３で例示されるシステム内で調整する。希釈触媒前駆体を、初めに、約７５ｋｇ／時間の流量を有する触媒前駆体の流れと、約６，０００ｋｇ／時間の流量を有するデカント油希釈剤の流れとを、約１００℃で混合して調製する。２つの流れは、第一のインライン低剪断混合機内で一緒に混合される。約２２５，０００ｋｇ／時間の流量を有する重油供給原料の流れを２つの流れに分割する。第一の流れは約１６４，９２５ｋｇ／時間の流量、即ち、全重油供給原料流量の約７３％を有する。第二の流れは、約６０，０７５ｋｇ／時間の流量を有する。両方の流れは約１８０℃である。第一の流れを、第二の後流インライン低剪断混合機で希釈触媒前駆体と混合する。次いで、一緒にした流体を、容器の内容物に高剪断、乱流混合を与えるために、一連の開放スロット（例えば、約６．５リットルの容量を有する、８００ＬＳ  Ｓｉｌｖｅｒｓｏｎの高剪断混合機）を通して入ってくる流体を送り出すためのプロペラを伴う容器を含む高剪断動的混合機中へ導入する。高剪断混合機の滞留時間は約０．１４秒である。次いで、高剪断動的混合機を出る一緒になった流体の流れを、重油供給原料の第二の流れと一緒にしてサージタンク中へ導入する。
【００５８】
サージタンク内で、触媒前駆体は、分子拡散により重油供給原料全体にわたって拡散を続ける。サージタンクは約３０分の滞留時間を有する。重油供給原料は、状態調整された重油供給原料を水素化処理するために下流の水素化処理システムへ送達するための十分な流量容量を与えるために並列で配置された３つの多段階高圧ポンプでサージタンクの外へポンプ輸送される。各ポンプは、１０の圧縮段階を含む。供給原料がポンプでポンプ輸送される際に、一連の圧縮段階を通して重油および触媒前駆体を通過させると、重油全体にわたって触媒前駆体が更に分布する。
【００５９】
方法全体にわたって、温度は、触媒前駆体の実質的な分解がさもなければ起こる温度よりも下に維持する。触媒前駆体を重油全体にわたって十分に混合したら、供給物流を加熱して前駆体の分解および触媒の形成を引き起こす。コロイド状および／または分子状触媒は、重油供給原料全体にわたって形成される。コロイド状および／または分子状触媒中のモリブデン触媒金属の初期濃度は、１００万当たり約５０部（ｐｐｍ）である。
【００６０】
本発明は、その精神または本質的特徴から逸脱することなくその他の特定の形態で具体化されてもよい。記載された実施形態は、全て例示的および限定的なものとしてのみ考慮されるべきものである。本発明の範囲は、したがって、前述の説明によるよりもむしろ添付の特許請求の範囲により示される。特許請求の範囲の均等の意味および範囲内に入る全ての変化はこれらの範囲内に包含されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】アスファルテン分子の仮想的化学構造を表す図である。
【図２】重油供給原料中に分散したコロイド状または分子状触媒を含ませるために重油供給原料を調製するための例示的方法を図解的に例示する流れ図である。
【図３】本発明による、触媒前駆体を重油供給原料中へ混合するためのその他の例示的システムを図解的に例示する図である。
【図４】アスファルテン分子に関わる触媒分子またはコロイド状の大きさの触媒粒子を図解的に例示する図である。
【図５Ａ】およそ１ｎｍのサイズの二硫化モリブデン結晶の平面図を図解的に表す図である。
【図５Ｂ】およそ１ｎｍのサイズの二硫化モリブデン結晶の側面図を図解的に表す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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