(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体炭化水素を含有する供給ストリームを水素化分解する方法であって、
２０，０００ｓ-1を超えるせん断速度を適用して液体炭化水素中に分散した水素含有ガスの気泡を含む分散体を形成すること、及び
水素化分解触媒の存在下で水素化分解反応装置に分散体を導入すること
を有し、前記気泡は５μｍ未満の平均直径を有し、分散体の形成は０．０２５ｍｍから１０．０ｍｍの範囲のせん断隙間によって分離された歯付きロータ及び相補的な形状の固定子を備える高せん断装置内で水素含有ガスと供給ストリームとを接触させることを含み、せん断隙間はロータと固定子との最小の距離である方法。
【請求項２】
触媒は、スラリー、又は触媒の流動化若しくは固定された層として存在する請求項１の方法。
【請求項３】
水素化分解触媒は、ゼオライト、クレー、アルミナ、シリカ、ジルコニア、マグネシア、チタニア、又はそれらの組み合わせを含む請求項１の方法。
【請求項４】
水素化分解装置から水素化分解生成物を除去すること、及び高圧分離装置を使用して水素化分解生成物から過剰な水素を除去することを含む請求項１の方法。
【請求項５】
高圧分離装置においてそこから水素を除去することで、生成物を分画して、ボトム生成物を得ることを更に含む請求項１の方法。
【請求項６】
ボトム生成物の少なくとも一部、回収された水素の少なくとも一部、又はその両方を水素化分解装置へと再循環することを含む請求項５の方法。
【請求項７】
少なくとも一つのロータは分散体を形成する間に少なくとも２２．９ｍ／ｓ（４，５００フィート／分）の先端速度で回転する請求項１の方法。
【請求項８】
高せん断装置は、少なくとも一つのロータの先端において少なくとも１０３４．２ＭＰａ（１５０，０００ｐｓｉ）の局所圧力を生じる請求項７の方法。
【請求項９】
高せん断装置のエネルギー消費は１０００Ｗ／ｍ3より大きい請求項７の方法。
【請求項１０】
供給ストリームは、残留油、ガスオイル、及びそれらの組み合わせから選択される少なくとも一つを含む請求項１の方法。
【請求項１１】
水素化分解の方法であって、
水素含有ガスと水素化分解される液体炭化水素とを含む流体混合物に２０，０００ｓ-1を超えるせん断速度を高せん断装置内で適用することによって、液体炭化水素の連続相中に水素の分散体を生成すること、高せん断装置は、０．０２５ｍｍから１０．０ｍｍの範囲のせん断隙間によって分離される少なくとも一つの歯付きロータと相補的な形状の固定子とを有し、及び
水素化分解生成物が除去される固定層水素化分解反応装置に分散体を導入すること
を含む方法。
【請求項１２】
水素化分解生成物をガスストリームと水素化分解された生成物を含む分離された液体生成物ストリームとに第一の圧力において分離すること、
分離された液体生成物ストリームを第一の圧力より低い第二の圧力において分留することによって、分離された液体生成物ストリーム中の低沸点化合物を高沸点化合物から分離すること、及び
高沸点化合物の少なくとも一部を水素化分解装置へと再循環すること
を含む請求項１１の方法。
【請求項１３】
水素含有ガスと水素化分解される液体炭化水素とを含む流体混合物に２０，０００ｓ-1を超えるせん断速度を適用することが、少なくとも二つの発生器を有する高せん断装置へと流体を導入することを含む請求項１１の方法。
【請求項１４】
炭化水素質の供給ストリームを水素化分解する装置であって、
液体炭化水素相及び水素ガスを含有する流体ストリーム用の入口と、液体炭化水素相中の水素ガスの分散体用の出口と、０．０２５ｍｍから１０．０ｍｍの範囲のせん断隙間によって分離された歯付きロータ及び相補的な形状の固定子を有する少なくとも一つの発生器と、を有する少なくとも一つの高せん断混合装置、及び
水素化分解触媒を含み、高せん断混合装置の出口に流体的に接続された入口を有する水素化分解装置
を有し、せん断隙間はロータ及び固定子の間の最小限の隙間であり、高せん断混合装置は５．０ｍ／ｓ（１，０００フィート／分）を超えるロータの先端速度及び２０，０００ｓ-1を超えるせん断速度を生じることができる装置。
【請求項１５】
水素化分解装置の下流に分離装置を有する請求項１４の装置。
【請求項１６】
少なくとも一つの高せん断混合装置は、少なくとも４０．１ｍ／ｓ（７，９００フィート／分）のロータの先端速度を生じることができる請求項１４の装置。
【請求項１７】
少なくとも二つの高せん断混合装置を有する請求項１４の装置。
【請求項１８】
少なくとも一つの高せん断装置が少なくとも二つの発生器を有する請求項１４の装置。
【請求項１９】
一つの発生器が生じるせん断速度が別の発生器が生じるせん断速度より大きく、せん断速度はロータの先端速度を最小限の隙間によって割ったものである請求項１８の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦政府に支援された研究又は開発に関する記述
適用されない。
【０００２】
本発明は、概して低沸点の化合物を産生するための炭化水素ストリームの水素化分解に関連する。より詳細には、本発明はより単純な炭化水素を産生するための原料の水素化分解を改善する高せん断システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
石油の精製及び化学において、分解とは、重質炭化水素などの複雑な有機分子をより単純な軽質炭化水素に分解する方法である。変換は、前駆体分子における炭素−炭素結合の分断を介して起こる。分解速度及び形成される最終産物は、触媒の存在と共に温度に大きく依存する。石油精製分解法は、ガスオイル及び残留物などの重原油蒸留画分からＬＰＧ及びガソリンなどの「軽い」生成物の産生を可能にする。
【０００４】
分解は、触媒分解又は熱分解によって行われる。熱分解においては、上昇された温度（〜８００℃）及び圧力（〜７００ｋＰａ）が使用される。凝結しており且つ水素が枯渇した重分子を消費して、水素を多く含む生成物が形成される。接触分解（catalytic  cracking）は、酸性触媒、一般にはシリカ−アルミナ及びゼオライトなどの固形酸性触媒の使用を含む。水素化分解はジェット燃料、ガソリン成分、及びＬＰＧの産生において主要な処理である。
【０００５】
水素化分解は、上昇した水素分圧によって補助される接触分解工程である。石油精製の水素化分解処理は周知であると共に発達している。当該処理は炭化水素の混合物を改良することによって、より価値の高い生成物ストリームを供給することができる。この処理による生成物は飽和炭化水素である。反応条件（温度、圧力、及び触媒活性）によって、分解生成物はエタン、ＬＰＧから主にイソパラフィンを含む重質炭化水素までの範囲にわたる。水素化分解は、芳香環及びオレフィンに水素を付加することによってナフタレン及びアルカンを生成すると共に炭化水素鎖を再構成及び分断することができる二元機能触媒によって一般に促進される。
【０００６】
水素化分解の厳格性（severity）は、可能であれば水素化処理の場合よりも高温及び長い接触時間において、次第に酸性度が高まる触媒を用いて行うことによって高まる。上昇した水素圧は沈殿物及び触媒の汚染を制御する。熱分解又は接触分解とは異なり、水素化分解は芳香族化合物の分子量を低下させ、接触分解又は熱分解由来の循環原料、コーカー生成物、又は石炭液化油などの芳香族原料が多いストリームを処理するための特別な要求を満たす。例えば、触媒循環原料はナフサ画分に分解可能であり、前記ナフサ画分は触媒改質することで高級なオクタンガソリン又は石油化学芳香族物質を産生するための非常に優れた原料である。水素化分解による主要産物は、ジェット燃料、ディーゼル、オクタン率が比較的高いガソリン画分、及びＬＰＧである。これらの生成物は極微量の硫黄及び混入物を含んでいてもよい。
【０００７】
燃料油は、石油の蒸留によって蒸留液又は残留物のいずれかとして得られる画分である。蒸留燃料油は原油から蒸留される。ガスオイルに関して蒸留処理を参照する。油は加熱されて、気体になり、そしてガスオイルとして凝結される。したがって、ガスオイルは残留油とは区別される。重質燃料及び残留燃料油の用語は、蒸留によってガソリン及び蒸留燃料油が抽出された後の原油の残存物を意味する。水素化分解は、蒸留原料に対して幅広く使用される。水素化分解処理は高品質のケロシン、ディーゼル及びジェット燃料用の精製原料に対して行われる。また、水素化分解による軽質生成物は、アルキル化のための重要な原料であるイソブタンに富んでいるであろう。
【０００８】
最近、精製原料用の軽質脱硫原油の世界的な供給が減少しているため、低沸点化合物への高沸点化合物の変換に向けられた大きなトレンドが存在する。重質原油に向けられたこのトレンドと合成原油の処理の必要性とのため、水素化分解は次第に重要になってきている。蒸留燃料に対する需要が高まるにつれ、精製業者は例えば真空ガスオイル（ＶＧＯ）をジェット燃料及びディーゼル燃料に変換するために水素化分解装置を導入するであろう。触媒は、所望の蒸留選択性、高変換活性、及び重質原料に対する安定性を示すように開発されてきた。
【０００９】
したがって、炭化水素質の原料の水素化分解による所望の炭化水素の産生を改良することに対する要望が産業界にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第７００８５９５号明細書
【発明の概要】
【００１１】
水素化分解を改良するための高せん断システム及び方法が開示されている。ある実施形態においては、液体炭化水素を含有する供給ストリームを水素化分解するための方法が提供されており、当該方法は、液体炭化水素中に分散された水素含有ガスの気泡を含む分散体（dispersion）を形成すること、及び水素化分解触媒を含有する水素化分解装置に分散体を導入することとを含み、前記気泡は約５μｍ未満の平均直径を有する。ある実施形態においては、気泡の平均直径は１μｍ未満である。水素化分解触媒は、ゼオライト、クレー、アルミナ、シリカ、ジルコニア、マグネシア、チタニア、又はそれらの組み合わせを含んでもよい。
【００１２】
方法は、水素化分解装置から水素化分解生成物を除去すること、及び水素化分解生成物から過剰な水素を除去するために高圧分離装置を使用することを更に含むことができる。ある実施形態においては、方法は回収された水素の少なくとも一部を水素化分解装置へと再循環することを含む。高圧分離装置における水素の除去によって、生成物は分画されて、残油（bottom  product）が得られる。方法は、残油の少なくとも一部を水素化分解装置へと再循環することを更に含んでもよい。
【００１３】
分散体を形成することは、水素含有ガスと供給ストリームとの混合物に約２０，０００ｓ-1を超えるせん断速度を適用することを含んでもよい。分散体を形成することは、高せん断装置内で水素含有ガスと供給ストリームとを接触させることを含んでもよく、高せん断装置は少なくとも一つのロータを有し、少なくとも一つのロータは分散体を形成する間に少なくとも２２．９ｍ／ｓ（４，５００フィート／分）の先端速度で回転する。高せん断装置は、少なくとも一つのロータの先端において、少なくとも約１０３４．２ＭＰａ（１５０，０００ｐｓｉ）の局所圧を生じることができる。高せん断装置のエネルギー消費は１０００Ｗ／ｍ3より大きくても良い。供給ストリームは、残留油、ガスオイル、及びそれらの組み合わせから選択される少なくとも一つを含んでもよい。
【００１４】
また、水素化分解の方法が開示されており、当該方法は、水素含有ガスと水素化分解される液体炭化水素との混合物に２０，０００ｓ-1より大きなせん断速度を適用することによって液体炭化水素の連続相中に水素の分散体を生じること、及び水素化分解生成物が除去される固定層式の水素化分解反応装置へと分散体を導入することを含む。方法は、第一の圧力において水素化分解生成物をガスストリームと水素化分解生成物を含む分離された液体生成物ストリームとに分離すること、分離された液体生成物ストリームを第一の圧力より低い第二の圧力において分留することによって、分離された液体生成物中の低沸点化合物を高沸点化合物から分離すること、及び高沸点化合物の少なくとも一部を水素化分解装置へと再循環することを更に含むことができる。分散体中の水素ガスの気泡の平均直径は約５μｍ未満であっても良い。ある実施形態においては、分散体は大気圧で少なくとも約１５分間安定である。水素含有ガスと水素化分解される液体炭化水素とを含む流体混合物に２０，０００ｓ-1を超えるせん断速度を適用することは、少なくとも二つの発生器（generator）を有する高せん断装置に流体を導入することを含んでもよい。
【００１５】
また、炭化水素質の供給ストリームを水素化分解するためのシステムが開示されており、当該システムは少なくとも一つの高せん断混合装置と水素化分解装置とを有し、前記高せん断混合装置は、液体炭化水素相及び水素ガスを含む流体ストリーム用の入口、液体炭化水素相における水素ガスの分散体のための出口、並びにせん断隙間によって分離される少なくとも一つのロータ及び少なくとも一つの固定子を備え、せん断隙間は少なくとも一つのロータと少なくとも一つの固定子との間の最小限の間隔であり、高せん断混合装置は５．０ｍ／ｓ（１，０００フィート／分）より大きい少なくとも一つのロータの先端速度を生じることができ、前記水素化分解装置は、水素化分解触媒を備えており、且つ外部高せん断混合装置の出口に流体的に接続されている入口を有する。水素化分解装置は固定層式の反応装置であっても良い。システムは、水素化分解装置の下流に分離装置を有することができる。少なくとも一つの高せん断混合装置は、４０．１ｍ／ｓ（７，９００フィート／分）の少なくとも一つのロータの先端速度を生じることができても良い。ある実施形態においては、システムは少なくとも二つの高せん断混合装置を有する。
【００１６】
また、水素化分解触媒の固定層式反応装置を備える水素化分解システムに対する改良点も開示されており、前記改良点は、固定層式反応装置の上流に位置する外部高せん断装置を含んでおり、外部高せん断装置は、水素ガスと水素化分解される炭化水素とを含む流体ストリーム用の入口と、その間に最小限の隙間を有するロータ及び固定子を備えた少なくとも一つの発生器とを有し、高せん断装置は液体に対して１０００Ｗ／ｍ3より大きなエネルギー消費をもたらす。改良システムの外部高せん断装置は少なくとも二つの発生器を有することができる。一方の発生器によってもたらされるせん断速度は、他方の発生器によってもたらされるせん断速度より大きくてもよく、せん断速度はロータの先端速度を最小限の隙間によって割ったものである。
【００１７】
高せん断システム及び方法は、従来の水素化分解法の物質移動の制限を減少することができ、それによって反応速度を上昇させ、水素化分解反応装置の温度の低下、反応装置の圧力の低下、接触時間の短縮、及び／又は所望される炭化水素の収量の増加を実現する可能性がある。本発明のある実施形態においては、現在使用されているものよりも適切な時間、温度、及び圧力を提供することによって、気体／液体／固体の水素化分解処理の速度の上昇を可能にする方法が提供される。
【００１８】
ある実施形態において、方法は、小さな容積の水素化分解装置による炭化水素質の原料の水素化分解、及び／又はより厳しくない稼働条件下（例えば、低温、低圧、及び／又はより酸性度の低い触媒）における水素化分解装置の稼働、をもたらすための外部加圧高せん断反応装置の使用を含む。
【００１９】
上述の方法又はシステムのある実施形態は、低温及び／又は低圧で水素化分解することにより、消費される触媒の単位量当たりの水素化分解生成物の増加、反応時間の短縮、及び／又は資本費用及び／又は運転費用の減少をもたらすことで、全体的な費用の削減をもたらす可能性がある。これら及び他の実施形態及び潜在的な利点は、以下の詳細な説明及び図面によって明確になるであろう。
【００２０】
本発明の好適な実施形態のより詳細な説明のために、添付図面が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】より単純な炭化水素を生成するための炭化水素質の原料の高せん断水素化分解に関する本開示の一実施形態における方法のフロー図である。
【図２】システムの一実施形態において使用されている複数ステージ式の高せん断装置の長手方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
注釈及び用語
本明細書において用いられる場合、用語「分散体」は、直ちに混合せず且つ相互に溶解しない少なくとも二つの区別可能な物質（又は「相」）を含む液状混合物を指す。本明細書において用いられる場合、「分散体」は「連続」相（又は「マトリクス」）を有し、前記連続相は、その中に他の相又は物質の不連続な液滴、気泡、及び／又は粒子を保持する。したがって分散体は、液体連続相に懸濁された気泡を含む泡と、第一の液体が非混和性である第二の液体を含む連続相全体に第一の液体の液滴が分散しているエマルジョンと、固体粒子が分散している連続液体相とを指すことができる。本明細書中において使用される場合、用語「分散体」は、気泡が分散している連続液体相と、固形粒子（例えば固形触媒）が分散している連続液体相と、連続相にほぼ不溶性である第二の液体の液滴が分散している第一の液体の連続相と、固形粒子、非混和性液体の液滴、及び気泡のいずれか一つ又はその組み合わせが分散している液体相とを含む。したがって、分散体は、ある場合には均一な混合物（例えば、液体／液体相）として、又は組み合わせとして選択された物質の性質に依存した不均一な混合物（例えば、気体／液体、固体／液体、又は気体／固体／液体）として存在することができる。
【００２３】
本明細書において用いられる場合、用語「水素化分解」は、水素を消費して、石油画分などの炭化水素質のストリームを供給物中の高分子量化合物の少なくとも一部が低沸点物質に分解されている炭化水素生成物へと変換する方法を意味する。
【００２４】
本明細書において用いられる場合、用語「ガスオイル」は、例えば沸点及び粘度がケロシンと潤滑油との間に位置する石油蒸留中間物である燃料として用いられる炭化水素油を指す。
【００２５】
水素化分解に関して、本明細書において用いられる活性、安定性、及び選択性は以下のように規定することが出来る。「活性」は特定温度より低い沸点の炭化水素に変換される一定温度より高い沸点の原料の量を指し、「選択性」は、生成物の所望されるエンドポイント未満であり且つ最低限の特定の沸騰開始点以上で沸騰する変換された原料の量を指し、「安定性」は活性及び選択性の変化の速度を指す。
【００２６】
概要
液体、気体及び固体を含む化学反応の速度は、接触時間、温度及び圧力に依存する。異なる相（例えば、固体及び液体；液体及び気体；固体、液体及び気体）の二つ以上の原材料を反応させることを希望する場合、反応速度を制御する限定要因の一つには反応物の接触時間が含まれる。不均一な触媒による反応の場合、触媒が更なる反応物に触媒作用を及ぼすことが出来るように触媒の表面から反応生成物を除去する別の律速因子が存在する。反応物及び／又は触媒の接触時間は、多くの場合、化学反応に含まれる二つ以上の反応物との接触をもたらす混合によって制御される。
【００２７】
本明細書に記載されるように外部高せん断装置又は混合装置を有する反応装置アセンブリは、物質移動の制限を低下させることができ、それによって反応が動力学的限界により近づくことを可能にする。反応速度が加速されると、滞留時間を短縮することができ、その結果、得られる処理量を増加することが出来る。所望される水素化分解物の収量は、高せん断システム及び方法によって増加可能である。或いは、既存の方法の収量が満足できるものである場合、適切な高せん断の導入によって必要な滞留時間を減少することで、従来の水素化分解法より低温及び／又は低圧の利用が可能になる。
【００２８】
さらに、理論によって限定されることは望まないが、本明細書において記載されるように外部高せん断装置又は混合装置を備える反応装置アセンブリによってもたらされる高せん断条件は、反応が有意な程度まで起こることが従来期待できなかった広い稼働条件において水素化分解を可能にすると考えられる。
【００２９】
水素化分解のシステム
高せん断水素化分解システムは図１と関連させて説明される。図１は、低沸点化合物に水素化分解される炭化水素を含む炭化水素質の流体を水素化分解するための高せん断システム１００の一実施形態のフロー図である。代表的なシステムの基本構成要素には、外部高せん断装置（ＨＳＤ）４０、反応装置１０、及びポンプ５が含まれる。図１に示されるように、高せん断装置４０は反応装置１０の外側に配置されている。これらの各構成要素は以下において更に詳細に説明される。ライン２１は、水素化分解される炭化水素質の流体を導入するためにポンプ５に接続されている。ライン１３は、ポンプ５をＨＳＤ４０に接続し、ライン１８はＨＳＤ４０を反応装置１０へと接続している。ライン２２は、水素含有ガス（例えば、Ｈ2）を導入するためにライン１３に接続されている。高せん断水素化分解システム１００のある実施形態においては、ライン２２はＨＳＤ４０の入口に流体的に接続されている。
【００３０】
高せん断水素化分解システム１００は、反応装置１０から出た水素化分解液体生成物が未分解の重質油から分離される下流の処理ユニットを更に有することが出来る。例えば図１の実施形態において、高せん断水素化分解装置１００は分離装置３０及び分画装置５０を更に有する。分離装置３０は、ライン１６を介して反応装置１０へと、及びライン３６を介して分画装置５０へと流体的に接続されている。ガスライン２４は、図１に示されるように分離装置３０から出ている。分離装置３０は、水素化分解された炭化水素を含む液体生成物から水素及び軽質ガスが除去される高圧分離装置を備えることができる。分画装置５０は、ライン３５を介して分画装置５０の底から出る未変換重質油から、オーバーヘッドライン４５を介して分画装置５０から出る水素化分解生成物を分離するように構成できる。分画装置５０は分留カラムであってもよい。
【００３１】
必要であれば（図１には示されていないが）、更なる構成要素又は処理工程が反応装置１０とＨＳＤ４０との間、又はポンプ５若しくはＨＳＤ４０の前に導入可能であり、以下に記載される高せん断水素化分解法の説明を読むことによって明らかになるであろう。例えばライン２０は、下流の位置（例えば反応装置１０、分離装置３０、又は分画装置５０）から延びるライン２１又はライン１３に接続されることによって、複数回パス運転をもたらし、必要に応じて反応装置１０から出た未変換の又は重質の炭化水素の少なくとも一部を水素化分解することができる。ある実施形態においては、ライン２０及び２１が単一のラインである。
【００３２】
高せん断混合装置
高せん断装置又は高せん断混合装置と呼ばれる場合もある外部高剪断混合装置（ＨＳＤ）４０は、水素ガスと低沸点化合物へと水素化分解される高分子量炭化水素を含有する炭化水素質の液体とを含む流入ストリームをライン１３を介して受容するように構成されている。或いは、ＨＳＤ４０は別の流入ライン（図示されていない）を介して液体及び気体の反応物ストリームを受容するように構成されていてもよい。一つの高せん断装置のみが図１に示されているものの、本システムのいくつかの実施形態は、直列又は並列の流れに配置された二つ以上の高せん断混合装置を有し得ることが理解されなければならない。ＨＳＤ４０は、ロータ／固定子の組み合わせを有する一つ以上の発生器を利用する機械装置であり、各々の組み合わせは固定子とロータとの間に隙間を有する。各発生器セットにおけるロータと固定子との間の隙間は、固定されていても良いし、調節可能であっても良い。ＨＳＤ４０は、高せん断装置を流れる反応混合物中にサブミクロン及びミクロンサイズの気泡を生成可能なように構成されている。高せん断装置が筐体又はハウジングを有することによって、反応混合物の圧力及び温度は制御可能である。
【００３３】
高せん断混合装置は、通常、流体を混合する性能に基づいて一般的な三つのクラスに分類される。混合は、流体中の粒子又は不均一な種のサイズを低下させる処理である。混合の程度又は完全性の一つの基準は、混合装置が流体粒子を破壊するために生じる単位体積あたりのエネルギー密度である。クラスは伝達されるエネルギー密度に応じて分類される。サブミクロンから５０ミクロンの範囲の粒子サイズを有する混合物又はエマルジョンを継続的に生成するのに十分なエネルギー密度を有する工業用の混合装置の三つのクラスには、均一化バルブシステム、コロイドミル及び高速混合装置が含まれる。均一化バルブシステムと呼ばれる高エネルギー装置である第一のクラスにおいては、処理される流体が狭い隙間のバルブを通ってより低圧の環境へと非常に高い圧力で押し出される。バルブをはさんだ圧力勾配と結果的に生じる乱流及びキャビテーションとが、流体中のあらゆる粒子を破壊するよう作用する。これらのバルブシステムはミルクの均一化において最も一般的に用いられており、サブミクロンから約１ミクロンの範囲の平均粒子サイズを得ることが出来る。
【００３４】
エネルギー密度範囲において反対の端に位置するのが低エネルギー装置と呼ばれる第三のクラスの装置である。これらのシステムは、処理される流体の貯槽内において高速で回転するパドル又は流体ロータを有しており、より一般的な用途の多くは食物である。これらの低エネルギーシステムは、処理された流体中において２０μｍより大きな平均粒子サイズが許容される場合に慣習的に用いられている。
【００３５】
流体に加えられる混合エネルギー密度に関して低エネルギー装置と均一化バルブシステムとの間に位置するのが、中間エネルギー装置として分類されるコロイドミル及び他の高速ロータ−固定子装置である。一般的なコロイドミルの構成は、厳密に制御されたロータ−固定子の隙間によって相補的な液冷固定子から分離された円錐又は円盤状のロータを有し、前記隙間は一般に０．０２５４ｍｍから１０．１６ｍｍ（０．００１−０．４０インチ）の間である。ロータは、直接駆動又はベルト機構を介して電気モータによって通常は駆動されている。ロータが高速で回転すると、それはロータの外向面と固定子の内向面との間の流体を押し出し、隙間で生じたせん断力が流体を処理する。適切な調整機構を備える多くのコロイドミルは、処理された流体において０．１−２５μｍの平均粒子サイズを実現する。これらの性能は、化粧品、マヨネーズ、又はシリコン／銀アマルガム形成などのコロイド及び油／水ベースのエマルジョンの処理から屋根用タールの混合までを含む様々な用途にコロイドミルを適合させる。
【００３６】
先端速度は、単位時間当たりのロータの先端が移動する周方向の距離である。したがって、先端速度はロータの直径と回転数との関数である。先端速度（例えば分あたりのメートル）は、ロータの先端によって描かれる周方向の距離、２πＲ、に回転数（例えば分あたりの回転数、ｒｐｍ）を掛けることによって算出でき、Ｒはロータの半径（例えばメートル）である。例えばコロイドミルは、２２．９ｍ／ｓ（４５００フィート／分）を超える先端速度を有することができ、４０ｍ／ｓ（７９００フィート／分）を超えても良い。本開示のために、用語「高せん断」は、５．１ｍ／ｓ（１０００フィート／分）を先端速度が超えることができ、反応される生成物のストリームにエネルギーを加えるための機械駆動式の外部電源装置を必要とする機械式ロータ固定子装置（例えば、コロイドミル又はロータ−固定子分散装置）を指す。例えばＨＳＤ４０において、２２．９ｍ／ｓ（４５００フィート／分）を超える先端速度が可能であり、４０ｍ／ｓ（７９００フィート／分）を超えることも出来る。いくつかの実施形態において、ＨＳＤ４０は少なくとも２２．９ｍ／ｓ（４５００フィート／分）の先端速度で少なくとも３００Ｌ／ｈを輸送することが出来る。電力消費は約１．５ｋＷである。ＨＳＤ４０は高先端速度を非常に小さいせん断隙間と組み合わせることによって、処理される材料に対して大きなせん断を生じることができる。せん断量は流体の粘度に依存するであろう。したがって、局所的な圧力及び温度の上昇は、高せん断装置が稼働している間にロータの先端で生じる。いくつかの場合には、局所的に上昇した圧力は約１０３４．２ＭＰａ（１５０，０００ｐｓｉ）である。いくつかの場合には、局所的に上昇した温度は約５００℃である。ある場合には、これらの局所的な圧力及び温度の上昇はナノ又はピコ秒の間持続するであろう。
【００３７】
流体に加えられるエネルギーの概算（ｋＷ／Ｌ／分）は、モータのエネルギー（ｋＷ）及び流体の出力（Ｌ／分）を測定することによって算出できる。上述したように、先端速度は、反応物に加えられる機械力を生じる一又は複数の回転要素の先端に関する速度（フィート／分又はｍ／ｓ）である。ある実施形態においては、ＨＳＤ４０のエネルギー消費は１０００Ｗ／ｍ3を超える。ある実施形態においては、ＨＳＤ４０のエネルギー消費は約３０００Ｗ／ｍ3から約７５００Ｗ／ｍ3の範囲である。スラリーベースの触媒がＨＳＤ４０を通って循環する実施形態においては、セラミックなどの耐久性のある材料によって造られた回転要素を利用することが望まれるであろう。
【００３８】
せん断速度は、先端速度をせん断間隙幅（ロータと固定子との間の最小限の隙間）によって割ったものである。ＨＳＤ４０において生じる先端速度は２０，０００ｓ-1を超えることも可能である。いくつかの実施形態において、せん断速度は少なくとも４０，０００ｓ-1である。いくつかの実施形態において、せん断速度は少なくとも１００，０００ｓ-1である。いくつかの実施形態において、せん断速度は少なくとも５００，０００ｓ-1である。いくつかの実施形態において、せん断速度は少なくとも１，０００，０００ｓ-1である。いくつかの実施形態において、せん断速度は１，６００，０００ｓ-1である。ある実施形態において、ＨＳＤ４０によって生じるせん断速度は２０，０００ｓ-1から１００，０００ｓ-1の範囲である。例えばある使用形態において、ロータの先端速度は約４０ｍ／ｓ（７９００フィート／分）であり、せん断間隙幅は０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）であり、１，６００，０００ｓ-1のせん断速度を生じる。別の使用においては、ロータの先端速度は約２２．９ｍ／ｓ（４５００フィート／分）であり、せん断間隙幅は０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）であり、約９０１，６００ｓ-1のせん断速度を生じる。
【００３９】
ＨＳＤ４０は、連続液体相における水素の分散体が生成されてライン１８を介してＨＳＤ４０から出るような条件において、水素が通常は非混和性である炭化水素質の流体を含む主要な液相（連続相）に水素を高度に分散又は輸送することができる。ある実施形態において、炭化水素質の流体が高せん断水素化分解システム１００を循環する触媒を更に有することが想定される。いくつかの実施形態において、ＨＳＤ４０はコロイドミルを有する。好適なコロイドミルは、例えばノースカロライナ州ウィルミントン（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＮＣ）のＩＫＡ（登録商標）ワークス  インコーポレーテッド（ＩＫＡ（Ｒ）  Ｗｏｒｋｓ，Ｉｎｃ．）及びマサチューセッツ州ウィルミントン（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＭＡ）のＡＰＶノースアメリカ  インコーポレーテッド（ＡＰＶ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ，ｉｎｃ．）によって製造されている。いくつかの実施例において、ＨＳＤ４０はＩＫＡ（登録商標）ワークス  インコーポレーテッドのディスパックスリアクタ（登録商標）（Ｄｉｓｐａｘ  Ｒｅａｃｔｏｒ（Ｒ））を有する。
【００４０】
高せん断装置は、反応物に加えられる機械力を生じる少なくとも一つの回転要素を有する。高せん断装置は、隙間によって分離された少なくとも一つの固定子と少なくとも一つのロータとを有する。例えば、ロータは円錐型又は円盤型であってもよく、補完的な形状の固定子から分離していても良い。ある実施形態において、ロータ及び固定子は複数の周方向に離間した歯を有する。いくつかの実施形態において、固定子は各発生器（ロータ／固定子のセット）のロータと固定子との間に所望のせん断間隙を得ることができるように調整可能である。ロータ及び／又は固定子の歯の間の溝は、乱流を増加させるために交互のステージにおいて方向を互い違いにすることができる。各発生器は、必要な回転を提供するよう構成された好適な駆動システムによって駆動可能である。
【００４１】
いくつかの実施形態において、固定子とロータとの間の最小限の隙間（せん断間隙幅）は約０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）から約３．１７５ｍｍ（０．１２５インチ）の範囲である。ある実施形態において、固定子とロータとの間の最小限の隙間（せん断間隙幅）は約１．５２ｍｍ（０．０６０インチ）である。ある構成において、ロータと固定子との間の最小限の隙間（せん断間隙）は少なくとも１．７８ｍｍ（０．０７インチ）である。高せん断装置によって生じるせん断速度は、流路に沿った長手方向の位置によって変化しても良い。いくつかの実施形態において、ロータはロータの直径と所望の先端速度とに応じた速度で回転するように設定されている。いくつかの実施形態において、高せん断装置は、固定子とロータとの間に固定された隙間（せん断間隙幅）を有している。或いは、高せん断措置は調節可能な隙間（せん断間隙幅）を有する。
【００４２】
いくつかの実施形態において、ＨＳＤ４０は単一ステージの分散チャンバ（すなわち、単一のロータ／固定子の組み合わせ、単一の発生器）を有する。いくつかの実施形態において、高せん断装置４０は複数ステージの直列分散装置であり、複数の発生器を有する。ある実施形態において、ＨＳＤ４０は少なくとも二つの発生器を有する。別の実施形態において、高せん断装置４０は少なくとも３つの高せん断発生器を有する。いくつかの実施形態において、高せん断装置４０は複数ステージ式の混合装置であり、（上述したように、先端速度に比例し、ロータ／固定子の間隙幅に反比例して変化する）せん断速度は、以下において更に詳細に説明されるように、流路に沿った長手方向の位置に応じて変化する。
【００４３】
いくつかの実施形態において、外部高せん断装置の各ステージは交換可能な混合装置を有しており、柔軟性をもたらす。例えば、ノースカロライナ州ウィルミントンのＩＫＡ（登録商標）ワークス  インコーポレーテッド及びマサチューセッツ州ウィルミントンのＡＰＶ  ノースアメリカ  インコーポレーテッドのＤＲ２０００／４ディスパックスリアクタ（登録商標）は三ステージ式の分散モジュールである。このモジュールは、各ステージに細かい、中間、粗い、及び非常に細かいを選択できる最大で三つのロータ／固定子の組み合わせ（発生器）を有することが出来る。このことは、所望の気泡サイズ（例えば水素ガスの気泡）が狭い範囲で分布する分散体の産生を可能にする。いくつかの実施形態において、各ステージは非常に細かい発生器を用いて稼働される。いくつかの実施形態においては、少なくとも一つの発生器のセットが、約５．０８ｍｍ（０．２０インチ）より大きなロータ／固定子の最小限隙間（せん断間隙幅）を有する。代替形態において、少なくとも一つの発生器セットは、約１．７８ｍｍ（０．０７インチ）より大きなロータ／固定子の最小限の隙間を有する。
【００４４】
図２を参照すると、好適な高せん断装置２００の縦方向断面図が示されている。図２の高せん断装置２００は、三つのステージまたはロータ／固定子の組み合わせを備える分散装置である。高せん断装置２００は、三つのステージ又はロータ−固定子の組み合わせ２２０、２３０及び２４０を備える分散装置である。ロータ−固定子の組み合わせは、発生器２２０、２３０、２４０又は制限の無いステージとして知られている。三つのロータ／固定子のセット又は発生器２２０、２３０及び２４０は、駆動軸２５０に沿って直列に並べられている。
【００４５】
第一の発生器２２０はロータ２２２及び固定子２２７を有する。第二の発生器２３０はロータ２２３及び固定子２２８を有する。第三の発生器２４０はロータ２２４及び固定子２２９を有する。各発生器において、ロータはインプット２５０によって回転するよう駆動され、矢印２６５によって示されるように軸２６０を中心に回転する。回転方向は矢印２６５によって示される方向とは逆向き（例えば、回転軸２６０周りに時計回りの方向、又は反時計回りの方向）であっても良い。固定子２２７、２２８及び２２９は、高せん断装置２００の壁２５５に固定されるように連結されている。
【００４６】
上述したように、各発生器はロータと固定子との間における最小限の隙間であるせん断間隙幅を有する。図２の実施形態において、第一の発生器２２０は第一のせん断間隙２２５を有し、第二の発生器２３０は第二のせん断間隙２３５を有し、第三の発生器２４０は第三のせん断間隙２４５を有する。ある実施形態において、せん断間隙２２５、２３５、２４５は約０．０２５ｍｍから約１０．０ｍｍの範囲の幅を有する。或いは、方法は間隙２２５、２３５、２４５が約０．５ｍｍから約２．５ｍｍの範囲の幅を有する高せん断装置２００の利用を含む。ある実施例において、せん断間隙幅は約１．５ｍｍに維持される。或いは、せん断間隙２２５、２３５、２４５の幅は発生器２２０、２３０、２４０によって異なる。ある実施例においては、第一の発生器２２０のせん断間隙２２５の幅は第二の発生器２３０のせん断間隙２３５の幅よりも広く、第二の発生器２３０のせん断間隙２３５の幅は順に第三の発生器２４０のせん断間隙２４５の幅よりも広い。上述したように、各ステージの発生器は交換可能であり、柔軟性をもたらす。高せん断装置２００は、せん断速度が流れ２６０の方向に沿って長手方向に段階的に増加するように構成することもできる。
【００４７】
発生器２２０、２３０、及び２４０は、粗い、中間、細かい、及び非常に細かい特性を有することができる。ロータ２２２、２２３及び２２４と固定子２２７、２２８及び２２９とは歯の付いた構造にすることができる。各発生器は、二つ以上のロータ−固定子の歯のセットを有することが出来る。ある実施形態において、ロータ２２２、２２３及び２２４は、各ロータの周囲に周方向に離間した１０より多くのロータの歯を有する。ある実施形態において、固定子２２７、２２８及び２２９は各固定子の周囲に周方向に離間した１０より多くの固定子の歯を有する。ある実施形態において、ロータの内径は約１２ｃｍである。ある実施形態において、ロータの直径は約６ｃｍである。ある実施形態において、固定子の外径は約１５ｃｍである。ある実施形態において、固定子の直径は約６．４ｃｍである。いくつかの実施形態において、直径がロータは６０ｍｍであり、固定子は６４ｍｍであることによって、約４ｍｍの隙間をもたらす。ある実施形態において、三つのステージのそれぞれは、約０．０２５ｍｍから約４ｍｍの間のせん断間隙を有する非常に細かい発生器を用いて稼働される。固体粒子が高せん断装置４０を通って運ばれる使用形態においては、適切なせん断間隙幅（ロータと固定子との間の最小限の隙間）が適切に粒子サイズを減少させ、粒子の表面積を増加させるために選択可能である。ある実施形態において、このことは、粒子をせん断及び分散することによって、触媒の表面積を増加させるのに有益である。
【００４８】
高せん断装置２００は、入口２０５においてライン１３から反応物ストリームを受容するように構成されている。反応混合物は、分散相としての水素と連続相としての炭化水素質の液体とを含む。供給ストリームは粒子状の固形触媒成分を更に含む。入口２０５に入る供給ストリームは、生成物分散体が形成されるように、発生器２２０、２３０そして２４０を連続的に通るよう押し出される。生成物分散体は出口２１０（及び図１のライン１８）を介して高せん断装置２００から出る。各発生器のロータ２２２、２２３、２２４は固定された固定子２２７、２２８、２２９に対して高速で回転して、高せん断速度をもたらす。ロータの回転は、入口２０５に入る供給ストリームなどの流体をせん断間隙を介して（また、存在する場合は、ロータの歯の間の空間と固定子の歯の間の空間とを介して）外へと押し出し、局所的な高せん断状態を作り出す。流体が通って流れる剪断間隙２２５、２３５及び２４５（及び存在する場合は、ロータの歯と固定子の歯との間の隙間）において流体に加えられる高せん断力は流体を処理して生成物分散体を産生する。生成物分散体は高せん断出口２１０（及び図１のライン１８）を介して高せん断装置２００から出る。
【００４９】
生成物分散体は、約５μｍ未満の平均気泡サイズを有する。ある実施形態において、ＨＳＤ４０は約１．５μｍ未満の平均気泡サイズである分散体を産生する。ある実施形態において、ＨＳＤ４０は１μｍ未満の平均気泡サイズの分散体を産生し、気泡は直径がサブミクロンであることが好ましい。ある実施例において、平均気泡サイズは約０．１μｍから約１．０μｍの範囲である。ある実施形態において、ＨＳＤ４０は４００ｎｍ未満の平均気泡サイズである分散体を産生する。ある実施形態において、ＨＳＤ４０は１００ｎｍ未満の平均気泡サイズである分散体を産生する。高せん断装置２００は、大気圧において少なくとも約１５分の間分散状態を維持できる分散気泡を含む分散体を産生する。
【００５０】
理論によって限定されることは無いが、液体に分散しているサブミクロンの粒子又は気泡は主にブラウン運動効果によって移動することがエマルジョン化学において知られている。高せん断装置２００によって産生された生成物分散体中の気泡は、（例えば反応装置１０内の固形触媒によって）固形触媒粒子の結合層を介してより大きな運動性を有し、その結果、反応物の輸送の向上によって触媒反応を促進及び加速することが出来る。
【００５１】
ある実施例において、高せん断装置２００はノースカロライナ州ウィルミントンのＩＫＡ（登録商標）ワークス  インコーポレーテッド及びマサチューセッツ州ウィルミントンのＡＰＶ  ノースアメリカ  インコーポレーテッドのディスパックスリアクタ（登録商標）を有する。様々な入口／出口の連結、馬力、先端速度、出力ｒｐｍ、及び流速を有するいくつかのモデルが利用可能である。高せん断装置の選択は、処理量に対する要求と、高せん断装置２００の出口２１０から出るライン１８（図１）における分散体中の所望の粒子又は気泡サイズとに依存するであろう。例えば、ＩＫＡ（登録商標）モデルＤＲ２０００／４はベルト駆動、４Ｍ発生器、ＰＴＦＥ密封リング、２５．４ｍｍ（１インチ）の入口フランジ用清浄クランプ、１９ｍｍ（３／４インチ）の出口フランジ用清浄クランプ、２馬力の出力、７９００ｒｐｍの出力速度、（発生器に依存する）約３００−７００Ｌ／ｈの（水の）流通能力、９．４−４１ｍ／ｓ（１８５０フィート／分から８０７０フィート／分）の先端速度を有する。
【００５２】
反応装置
ある実施形態において、容器又は反応装置１０は内部で水素化分解が伝播可能な任意の種類の容器である。例えば、連続若しくは半連続の攪拌タンク反応装置、又は一つ又は複数の回分式反応装置が直列又は並列に利用可能である。ある使用形態において、反応装置１０は固定層反応装置である。ある実施形態において、反応装置１０はスラリー層反応装置である。したがって、ある実施形態においては、反応装置１０は固定された循環しない触媒を有し、ライン２１の供給ストリームは触媒を含まない液体炭化水素を含む。
【００５３】
いくつかの反応装置１０の流入ストリームが想定され、図１において一つ（ライン１８）が示されている。ある実施形態において、反応装置１０は消滅（extinction）水素化分解反応装置である。反応装置１０は、単一ステージの「消滅」循環反応装置、又は二つのステージ式の水素化分解装置である二つのステージ式の「消滅」循環反応装置のいずれであってもよい。変換は、ライン１８からの原料分散体を触媒の安定固定層、触媒の流動化固定層、又は触媒の輸送層に接触させることによって行うことができる。ある実施形態において、反応装置１０は供給分散体が触媒の安定固定層を通って滴下することができるトリクルベッドである。そのような構成においては、触媒活性を維持するために、触媒が古くなるにつれて上昇するであろう穏やかな温度において新しい触媒を用いて反応を開始することが望ましい。
【００５４】
例えば反応装置１０は、システムの稼動中に触媒溶液又はスラリーを受容するために反応装置１０に接続されている触媒用の流入ラインを更に有することができる。反応装置１０は、未反応の水素を含む換気ガス用の流出ライン（図１において示されていない）を有することもできる。反応装置１０は、炭化水素質の供給ストリーム中の高分子量化合物の少なくとも一部を分解することによって形成された低沸点物質を含む炭化水素生成物を含有する生成物ストリーム用の排出ライン１６を有する。ある実施形態において、反応装置１０は複数の反応装置生成物ライン１６を有する。
【００５５】
水素化分解反応は、適切な時間、温度及び圧力の条件が存在すればいつでも起こるであろう。このため、炭化水素質の供給ストリーム中の高分子量化合物の水素化分解は、温度及び圧力の条件が適切であれば、図１のフロー図中のあらゆる点において起こり得る。循環されるスラリーベースの触媒が利用される場合、反応は図１に示される反応装置１０の外側でより起こりやすくなるであろう。しかし、多くの場合において独立した水素化分解反応装置１０が滞留時間、攪拌並びに加熱及び／又は冷却を向上させるために望まれる。触媒層が利用される場合、反応装置１０は固定層反応装置であってもよく、触媒の存在及びその水素化分解速度への影響を理由として、水素化分解が起こる主要部であってもよい。反応装置１０が利用される場合、反応装置１０は、スラリー反応装置、固定層反応装置、トリクルベッド反応装置、流動化層反応装置、気泡カラム、又は当業者に周知のほかの方法として稼働されても良い。ある使用態様において、外部高せん断装置４０の導入は、例えばスラリー反応装置としてのトリクルベッド反応装置の稼働を可能にする。
【００５６】
反応装置１０は一又は複数の以下の構成要素：反応容器の設計の分野において周知である、攪拌システム、加熱及び／又は冷却機能、圧力測定装置、温度測定装置、一又は複数の注入箇所、及び水位制御装置（図示しない）を含むことが出来る。例えば、攪拌システムはモータ駆動式混合装置を含むことが出来る。加熱及び／又は冷却装置は、例えば熱交換器を備えることが出来る。
【００５７】
触媒
ある実施形態において、高せん断処理１００によって行われる水素化分解反応は、固形触媒、水素ガス、及び炭化水素質の液相を含む不均一な触媒反応である。ある実施形態において、反応装置１０は水素化分解触媒の固定層又は流動化層を有する。ある実施形態において、触媒は水素化分解（酸性成分）及び水素化活性の両方を有する二元機能触媒に分類可能である。ある実施形態において、プラチナ若しくはパラジウムなどの貴金属、又はニッケル、コバルト、モリブデン、タングステン、鉄、クロム及びこれらの金属の組み合わせなどの非貴金属（non-noble  metal）から選択される少なくとも一つを有する。ある実施形態において、触媒はモリブデンを伴うコバルトなどの金属の組み合わせを含む。ある実施形態において、水素化分解はいくらかの水素化改質（脱硫、脱窒など）を伴うことを意図しており、触媒金属成分はニッケル及びモリブデン、又はニッケル及びタングステンを有する。
【００５８】
水素化分解触媒は、触媒活性のあるシリカ−アルミナなどの非結晶質の触媒無機酸化物、クレー、シリカ、アルミナ、マグネシア、チタニア、ジルコニア、シリカ−アルミナ、シリカ−ジルコニア、シリカ−マグネシア、アルミナ−ボリア、アルミナ−チタニアなど、及びそれらの混合物から選択可能な無機酸化物マトリックス化合物を伴って使用される。触媒は反応領域に存在する水素及び硫黄によって反応領域中で化学反応に供されるものの、最初のものが炭化水素質の供給ストリーム中における水素の分散体と接触する場合、触媒は酸化又は硫化の形態をとることも出来る。
【００５９】
水素化分解触媒の酸性分解成分は、酸性クレー、アルミナ、シリカ、又は非結晶性シリカ−アルミナなどの非結晶性物質であってもよい。長寿命の触媒は多数の分子ふるいを有するであろう。高度の分子ふるいを有するそのような触媒は「ゼオライト」型の触媒である。慣習的な使用態様において、用語「分子ふるい」は、通常はクリスタリンである固定された開いた網状の構造を有する物質を指し、前記物質は、一又は複数の構成要素の選択的な閉塞によって炭化水素又は他の混合物を分離するために使用可能であり、又は触媒変換処理における触媒として使用可能である。用語「ゼオライト」は、通常いくらかのアルミニウム、ボロン、ガリウム、鉄、及び／又はチタンと関係するケイ酸塩の格子を有する分子ふるいを指す。
【００６０】
ある実施形態において、触媒はゼオライトを有する酸性の分解成分を含有する。原料（例えば、ガスオイル、コーカーのボトム画分、還元された原油、再利用オイル、ＦＣＣのボトム画分）の主成分は、小さな穴のゼオライトの内孔構造に入ることができないため適切な変換を経ることができない高分子量の炭化水素であるため、ゼオライトＸ又はＹのような大きな孔のゼオライトが適している。
【００６１】
ある実施形態において、水素化分解触媒はアルミノケイ酸塩成分を含有する。水素化分解触媒の構成成分として使用可能なゼオライト系のアルミノケイ酸塩の代表は、（例えばウルトラ−ステーブルＹ（ultra-stable  Y）などの安定化された蒸気を有する）ゼオライトＹ、ゼオライトＸ、ゼオライトベータ、ゼオライトＺＫ、ゼオライトＺＳＭ−３、フォージャサイト、ＭＣＭ−２２、ＬＺ、例えばＺＳＭ−５、ＺＳＭ−１１、ＺＳＭ−１２、ＺＳＭ−２３、ＺＳＭ−３５、ＺＳＭ−３８、ＺＳＭ−４８、ＺＳＭ−２０などのＺＳＭ−５型ゼオライト、例えばシリカライト、エリオナイト、モルデナイト、オフレタイト、菱沸石などの結晶性ケイ酸塩、ＦＵ−１型ゼオライト、ＮＵ型ゼオライト、ＬＺ−２１０型ゼオライト及びそれらの混合物である。
【００６２】
ある実施形態において、触媒は米国特許第３，５２３，８８７号に記載されるような結晶性ゼオライトを伴う非結晶性の物質を含む。ある実施形態において、触媒は米国特許第５，３９１，２８７号に記載されるような触媒である。重質炭化水素オイルは同時に水素化分解及び水素化脱ろうされることで、満足できる流動点及び粘度の液体生成物を産生することができる。この生成物はＳＳＺ−３５ゼオライトを含有する触媒を使用することによって得ることができる。ある実施形態において、ライン２１における炭化水素質の供給ストリームは重質炭化水素オイル（例えば３４３℃（６５０°Ｆ）より高い沸点のガスオイル）を含み、ＳＳＺ−３５ゼオライト触媒が使用される。
【００６３】
ある実施形態において、反応装置１０はニッケル水素化触媒、例えば米国特許第３，８８４，７９８号における触媒を含有し、前記触媒は、アルミナ含有多孔性担体材料と、元素金属として算出される約６．５から約１０．５重量％のニッケル成分との共押出触媒化合物である。この触媒は、例えばナフサ又はガソリン沸点範囲の蒸留物を含む炭化水素質の原料からプロパン／ブタンの範囲のＬＰＧ（液化石油ガス）の最大の産生量を得るために使用可能である。ある実施形態において、ニッケル触媒は、ケロシン、軽質ガスオイル、重質ガスオイル、最高の沸点範囲であるガスオイル、及び「ブラックオイル（black  oil）」などの重質原料をガソリン、ケロシン、中間蒸留物、潤滑油などを含む低沸点の通常は液体である生成物に変換するために使用される。
【００６４】
触媒は、例えば高温で水素ガスと接触することによって、又は空気中若しくは他の酸素含有ガス中で燃焼することによって再生可能である。
【００６５】
熱伝導装置
上述した反応装置１０の加熱／冷却機能に加えて、処理ストリームを加熱又は冷却するための他の外部又は内部熱伝導装置が図１に図示される実施形態の変形形態において同様に想定される。例えば、熱は当業者に周知の任意の方法によって反応装置１０から移す又は反応装置１０へと加えることができる。また、外部式の加熱及び／又は冷却熱伝導装置の使用が想定される。一又は複数のそのような熱伝導装置に適したいくつかの場所は、ポンプ５とＨＳＤ４０との間、ＨＳＤ４０と反応装置１０との間、及びポンプ５の上流である。そのような熱伝導装置のいくつかの非限定的な例は、当該分野において周知であるシェル、管、板及びコイル状の熱交換装置である。
【００６６】
ポンプ
ポンプ５は連続又は半連続稼働用に構成されており、２０２．６５ｋＰａ（２気圧）を超える圧力、好ましくは３０３．９７５ｋＰａ（３気圧）を超える圧力を提供することによって、ＨＳＤ４０及びシステム１００を通る制御された流れを可能にすることができる任意の適切なポンプ装置である。ポンプ５は７，０００ｋＰａ（６９気圧）を超える圧力を供給できてもよい。例えば、ローパー  ポンプ  カンパニー（Roper  Pump  Company）（ジョージア州、コマース（Commerce，Georgia））のローパータイプ１ギアポンプ（Roper  Type  1  gear  pump）又はデイトン  エレクトリック  コーポレーテッド（Dayton  Electric  Co）（イリノイ州、ナイルズ（Niles，IL））のデイトン  プレッシャー  ブースター  ポンプ（Dayton  Pressure  Booster  Pump）モデル２Ｐ３７２Ｅは一つの好適なポンプである。好ましくは、ポンプの全ての接触する部品は例えば３１６ステンレス鋼などのステンレス鋼を含んでいる。システムのいくつかの実施形態において、ポンプ５は約２０２６．５ｋＰａ（２０気圧）を超える圧力を供給することができる。ポンプ５に加えて、一又は複数の追加のポンプ（図示しない）が図１に示されているシステムにおいて含まれていてもよい。例えば、ポンプ５に似た増圧ポンプが反応装置１０への圧力を増幅するためにＨＳＤ４０と反応装置１０との間に含まれていてもよく、又は一つのポンプが水素含有ガスのＨＳＤ４０への再循環のためにライン２４に配置されていても良い。別の実施例として、ポンプ５に似た補助供給ポンプが追加の反応物又は触媒を反応装置１０に導入するために含まれていてもよい。固形触媒を含む触媒スラリーが高せん断装置１００全体を循環する実施形態においては、浸食を最小限にするためにセラミックなどの耐久性のある材料で造られたポンプを利用することが望まれる。
【００６７】
高分子量化合物を含有する炭化水素質の原料を水素化分解することによる水素化分解生成物の産生
高せん断水素化システム１００の稼働が図１を参照しながら説明される。重質炭化水素を水素化分解する工程において、所望の水素含有ガスストリームはライン２２を介してシステム１００へと導入され、水素化分解される重質炭化水素を含有する供給ストリームとライン１３において混合される。
【００６８】
ライン２１における炭化水素質の供給ストリームは水素化分解において典型的な炭化水素質の供給物であっても良い。本方法は、原油、還元された原油（コーカー塔のボトム画分である還元された原油）、真空塔の残留物、コーカーのガスオイル、循環油、ＦＣＣ塔のボトム画分、真空ガスオイル、脱れき（deasphalted）（真空）残留物及び他の重質油などの様々な原料を水素化分解するために使用可能である。ある実施形態において、炭化水素質の供給ストリームは、真空ガスオイル、ガスオイル、重質油、還元された原油、真空蒸留残留物、又はそれらの組み合わせを含む。
【００６９】
炭化水素質の原料は、重質ナフサ、ケロシン、接触分解された難溶性の循環原料、高沸点のバージン（virgin）及びコーカーガスオイル、及びそれらの組み合わせから選択可能である。また、石炭、貢岩、又はタールサンド由来のオイルは、開示された高せん断水素化分解法によって処理可能である。高度な厳格性において、水素化分解はこれらの原料をガソリン及び低沸点のパラフィンに変換可能であり、低度の厳格性は高沸点の材料がディーゼル燃料及び航空機用ケロシンなどのより軽い蒸留物に変換することを可能にする。
【００７０】
原油の精製において、大気圧で原油を分留することで、滞留ボトム画分としての大気圧残留物から分離する頂部画分としてのガソリン、ナフサ、ケロシン、及び常圧ガスオイルを回収することが慣習的に行われている。その後、蒸留は低圧で続けられ、頂部真空ガスオイルと真空残留物から離れた軽質潤滑オイル蒸留物とが得られる。ある実施形態において、炭化水素質の供給ストリームは、約３４３℃（６５０°Ｆ）から約５９３℃（１１００°Ｆ）で沸騰する真空ガスオイルと、約２０４℃（４００°Ｆ）から約３４３℃（６５０°Ｆ）で沸騰するガスオイルとを含有する。ある実施形態において、ライン２１の供給ストリームは、原油ユニット真空カラム又は残留脱硫ユニット真空カラム由来の３４３℃（６５０°Ｆ）から約５９３℃（１１００°Ｆ）で沸騰する真空ガスオイルを含有する。ある実施形態において、炭化水素質の供給ストリームは３４３℃（６５０°Ｆ）より高い温度で通常は沸騰するオイルを含有する。ある実施形態において、炭化水素質の供給ストリームは、高分子量の長鎖パラフィンと多数の融合芳香環を有する高分子量の芳香族化合物とを含有する重質油を含む。ある実施形態において、原料は常圧残留物を含む。
【００７１】
ある実施形態において、予備的水素化処理工程（図１には示されていない）が利用されることで、窒素及び硫黄が除去され、沸点範囲をほぼ変更することなく芳香族をナフテンへと飽和させる。この水素化処理は水素化分解触媒の性能を向上させると共に、低温、高空間速度、低圧、又は使用されるこれらの条件の組み合わせを可能にする。
【００７２】
上述したように、ライン２１における炭化水素質の原料はライン１３を介してＨＳＤ４０へと押し出される。いくつかの実施形態において、ＨＳＤ４０へ送られる原料は、未処理の炭化水素性流体と、例えば反応装置１０、分離装置３０、又は分画装置５０由来の変換されなかった炭化水素を含む再循環ストリームとを含む。
【００７３】
水素ガスは、炭化水素質の原料と共にＨＳＤ４０へと導入される。水素は、分散性ガスライン２２を介したライン１３への導入によってＨＳＤ４０へと導入されても良い。代替形態において、水素及び炭化水素質の液体原料は別々にＨＳＤ４０へと導入される。ある実施形態においては、ＨＳＤ４０へ送られる原料は過剰な水素を含む。水素化分解装置１０における過剰な水素の使用は、破断した炭素−炭素結合の急速な水素化をもたらし、結果的に所望生成物の収量及び選択性を向上することが出来る。
【００７４】
ライン２２における分散性水素ストリームの一部は、例えばライン２４を介してＨＳＤ４０へと再循環可能であるストリーム２４からの最終的な再循環水素を含んでいてもよい。図１は単純化された工程図であり、分離装置、加熱装置、及び圧縮装置などの処理設備の多くの構成装置が明確化のために除かれていることに注意しなければならない。
【００７５】
水素含有ガスは、ほぼ純粋な水素、又は水素を含むガスストリームである。ある実施形態において、水素含有ガスは、ライン１３における液体反応物ストリーム（すなわち、炭化水素質の流体）と混合される代わりに、ＨＳＤ４０へと直接供給される。ポンプ５が稼働されることによって、液体反応物（水素化分解される高分子量化合物を含む炭化水素質の流体）をライン２１を介して押し出し、圧力を高めてＨＳＤ４０へと供給することで、高せん断装置（ＨＳＤ）４０及び高せん断システム１００全体にわたって制御された流れを供給することができる。いくつかの実施形態において、ポンプ５はＨＳＤ流入ストリームの圧力を２０２．６５ｋＰａ（２気圧）、好ましくは３０３．９７５ｋＰａ（３気圧）を超えるまで上昇させる。このようにして、高せん断システム１００は高せん断を圧力と組み合わせることによって、反応物の完全な混合を促進することができる。
【００７６】
押し出した後に、水素と液体反応物（ライン１３における高分子量の炭化水素化合物）とはＨＳＤ４０内で混合され、ＨＳＤ４０は、炭化水素質流体における水素含有ガスの細かな分散体を生じるのに役立つ。ＨＳＤ４０において、水素含有ガス及び炭化水素質の流体は高度に分散されることによって、溶液への優れた溶解及び反応物の混合促進のために水素ガスのナノバブル、サブミクロンサイズの気泡、及び／又はマイクロバブルが形成される。高せん断水素化分解システム１００において、高せん断装置４０からのライン１８における分散体は、水素化分解される炭化水素質化合物を含有する液体相中に水素含有ガスの気泡の分散体を含む。例えば、分散装置ＩＫＡ（登録商標）モデルＤＲ２０００／４、直列に配列された固定子と組み合わされた三つのロータを備えて構成されている三ステージ式の高せん断分散装置は、水素化分解される高分子量炭化水素（すなわち、「反応物」）を含有する液状媒体中に分散性の水素含有ガスの分散体を産生するために使用可能である。ロータ／固定子の組み合わせは、例えば図２に図示されるように構成可能である。混合された反応物はライン１３を介して高せん断装置へと入り、第一ステージのロータ／固定子の組み合わせへと入る。第一ステージのロータ及び固定子は、周方向に離間した第一ステージのロータの歯及び固定子の歯をそれぞれ有することができる。第一ステージを脱した粗い分散体は第二のロータ／固定子のステージへと入る。第二ステージのロータ及び固定子は、周方向に離間したロータの歯及び固定子の歯をそれぞれ同様に有することができる。第二ステージを脱した気泡サイズが低下した分散体は、ロータの歯及び固定子の歯をそれぞれ有するロータ及び固定子を備えることができる第三ステージのロータ／固定子の組み合わせへと入る。分散体はライン１８を介して高せん断装置から出る。
【００７７】
いくつかの実施形態において、せん断速度は流れ２６０の向きに沿って長手方向に段階的に増加する。例えばいくつかの実施形態において、第一ステージのロータ／固定子におけるせん断速度は後のステージにおけるせん断速度よりも速い。別の実施形態においては、せん断速度は流れの方向に沿ってほぼ一定であり、各ステージにおけるせん断速度はほぼ一定である。
【００７８】
高せん断装置４０がＰＴＦＥシールを有する場合、シールは当該分野において周知の任意の好適な技術によって冷却可能である。例えば、ライン１３を流れる反応物ストリームは、シールを冷却するために使用可能であり、高せん断装置４０に入る前に必要であれば、その際に予熱することもできる。
【００７９】
ＨＳＤ４０のロータは、ロータの直径と所望の先端速度とに応じた速度で回転するように設定可能である。上述したように、高せん断装置（例えば、コロイドミル又は歯付きリム分散装置）は、固定子及びロータの間に固定された隙間を有するか、又は調整可能な隙間を有する。ＨＳＤ４０は水素含有ガスと反応物の液体（すなわち、ライン１３における炭化水素質の原料）とを完全に混合するのに役立つ。方法のいくつかの実施形態において、反応物の輸送抵抗は、反応速度が約５％上昇するように高せん断装置の稼働によって低減される。方法のいくつかの実施形態において、反応物の輸送抵抗は、反応速度が約５倍を超えて上昇するように高せん断装置の稼働によって低減される。いくつかの実施形態において、反応速度は少なくとも１０倍向上される。いくつかの実施形態において、速度は約１０から約１００倍の範囲で上昇する。
【００８０】
いくつかの実施形態において、ＨＳＤ４０は少なくとも４５００フィート／分の先端速度で少なくとも３００Ｌ／ｈを輸送し、前記先端速度は７９００フィート／分（４０ｍ／ｓ）を超えることもできる。電力消費は約１．５ｋＷであろう。ＨＳＤ４０における回転せん断ユニット又は回転要素の先端における瞬間的な温度及び圧力の測定は困難であるものの、完全に混合された反応物によって観察される局所温度は５００℃を超えており、キャビテーション状態において５００ｋｇ／ｃｍ2を超える圧力であることが算出される。高せん断混合は、水素化分解される炭化水素質化合物を含有する連続液相中にミクロン又はサブミクロンサイズの水素含有ガスの気泡の分散体をもたらす。いくつかの実施形態において、結果物である分散体は約１．５μｍ未満の平均気泡サイズを有する。したがって、ライン１８を介してＨＳＤ４０から出た分散体はミクロン及び／又はサブミクロンサイズの気泡を含有する。いくつかの実施形態において、結果物である分散体は１μｍ未満の平均気泡サイズを有する。いくつかの実施形態において、平均気泡サイズは約０．４μｍから約１．５μｍの範囲である。いくつかの実施形態において、平均気泡サイズは約４００ｎｍであり、いくつかの場合には約１００ｎｍにすることもできる。多くの実施形態において、マイクロバブルの分散体は大気圧において少なくとも１５分間分散した状態を保つことが出来る。
【００８１】
分散されると、結果的に生じる分散体は図１に示されるようにライン１８を介してＨＳＤ４０から出て、反応装置１０へと流れ込む。希望される場合、分散体は反応装置１０に入る前に任意に更に処理することが出来る。ある実施形態において、反応装置１０は触媒の固定層を有する固定層反応装置である。
【００８２】
反応装置１０において、ＨＳＤ４０から出た分散体が触媒と接触すると、水素化分解触媒の存在下において水素化変換を介した水素化分解が起こる。反応装置１０中の内容物は連続的又は半連続的に攪拌可能であり、反応物の温度は（例えば熱交換器を使用して）制御可能であり、容器内の圧力は適切な圧力測定装置を使用して観測可能であり、反応装置１０内の流体の水位は標準的な方法を用いて制御可能である。水素化分解された生成物は、特定の利用において所望されるように、連続的、半連続的又は回分式に産生可能である。
【００８３】
ある実施形態において、反応装置１０は触媒の固定層を有する。ある実施形態において、反応装置１０はトリクルベッド反応装置を有する。水素化分解触媒は、スラリー又は触媒ストリームとして流入ライン（図１において示されていない）を介して反応装置１０へと連続的又は非連続的に導入可能である。或いは、又は更に加えて、触媒はシステム１００におけるいずれの場所にも添加可能である。例えばいくつかの実施形態において、触媒スラリーはライン２１へと注入可能である。
【００８４】
ある実施形態において、反応装置１０は、上述したように水素化分解に適したことが当業者に周知である好適な触媒の層を有する。
【００８５】
反応装置の条件
他の反応条件を伴う処理の厳格性を表す反応装置１０内の温度及び圧力は、供給物、使用される触媒の種類、及び処理において求められる水素化変換の程度に応じて変更可能である。ある実施形態において、例えば水素消費を減らすために低度の水素化変換が要求されても良い。低度の変換においては、原料中のｎ−パラフィンはイソパラフィンより優先して変換可能であるが、より過酷な条件下での高度の変換においてはイソパラフィンも同様に変換可能である。
【００８６】
上昇した温度及び圧力の水素化分解条件において、原料は水素の存在下で触媒と接触する。ある実施形態において、従来の水素化分解において用いられるものと類似の温度、圧力、空間速度及び水素率の条件が利用される。
【００８７】
ある実施形態において、反応装置１０における水素化分解は、１００℃から４００℃の範囲の温度及び１０１．３２５ｋＰａ−１３．２ＭＰａ（１気圧から１３０気圧）の絶対圧力の範囲である上昇した圧力において起こる。ある実施形態においては、水素化分解装置１０は、３５０℃から４５０℃（６５０°Ｆから８５０°Ｆ）の範囲の温度で稼働する。ある実施形態において、反応装置１０の圧力は約７，０００ｋＰａ（１，０００ｐｓｉｇ）より大きい。ある実施形態において、反応装置１０の圧力は約５１７１ｋＰａ（７５０ｐｓｉｇ）  から約６９ＭＰａ（１０，０００ｐｓｉｇ）、又は６．９ＭＰａ（１，０００ｐｓｉｇ）から２７．５ＭＰａ（４，０００ｐｓｉｇ）である。ある実施形態において、反応装置１０内の水素分圧は６００ｋＰａから２０，０００ｋＰａである。高水素圧は、触媒の経時劣化を防ぎ十分な活性を維持することによって、１、２年の期間にわたって再生の必要なく触媒の固定層を用いて処理が行われることを可能にするために所望される。いくつかの実施形態において、反応装置１０内の圧力は約２０２．６５ｋＰａ（２気圧）から約５．６ＭＰａ−６．１ＭＰａ（５５−６０気圧）の範囲である。いくつかの実施形態において、反応圧は約８１０．６ｋＰａから約１．５ＭＰａ（８気圧から１５気圧）の範囲である。
【００８８】
ＨＳＤ４０からの分散体中における炭化水素原料に対する水素の比率は、０．００９ｍ3／Ｌから３．６ｍ3／Ｌ（５０から２０，０００ＳＣＦ／ｂｂｌ）であってもよい。原料の空間速度は、０．１から２０ＬＨＳＶ、好ましくは０．１から１．０ＬＨＳＶであってもよい。
【００８９】
水素化分解生成物はライン１６によって反応装置１０から出る。ある実施形態において、ライン１６における生成物ストリームは液体及び気体の二相混合物を含む。ライン１６における水素化分解生成物は、あらゆる未反応水素ガスと、未反応高分子量炭化水素と、炭化水素質供給ストリーム中の重質炭化水素の水素化分解によって生じた低沸点炭化水素とを含む。
【００９０】
下流の処理
水素化分解反応装置からの流出物は、ライン１６を介して水素化分解領域から出る。反応装置１０からの流出物は液体と気体との二相混合物を含む。ある実施形態において、流出物の液相の主成分はＣ５及びより大きな炭化水素である。反応装置１０からの除去によって、ライン１６における生成物ストリームは更なる処理のための生成物改良システムに移すこともできる。生成物の改良は、例えばガソリン、潤滑油、並びにディーゼル、ナフサ、ケロシン、ジェット燃料及び燃料オイルを含む中間蒸留燃料などの広範な商業用生成物を産生することが出来る。
【００９１】
ライン１６における生成物ストリームは、当業者に周知なように、更に処理することができる。ある実施形態において、ライン１６は反応装置１０を分離装置領域３０に流体的に接続している。例えば分離装置領域３０は、水素及び軽質ガスがライン２４を介して除去され且つ分離された生成物ストリームがライン３６を介して抽出される高圧分離装置を有する。分離装置領域３０はライン３６を介して分画装置５０へと流体的に接続可能である。分画装置５０は分離装置３０よりも低圧で稼働する分留カラムであってもよい。変換された（水素化分解された）生成物は、ライン４５を介して分画装置５０から頂部に移動させることができる。重質の未変換オイルはライン３５を介して分画装置５０の底部から除去可能である。未変換であり重質のオイルを含む分画装置から得られたボトムストリームの一部は、更なる変換のためにストリーム２０を介して高せん断装置４０へと再循環することができる。ライン２０は、例えば未変換の炭化水素質生成物のＨＳＤ４０への再循環のためにライン２１に接続可能である。
【００９２】
ある実施形態において、ライン３５の生成物ストリームは当業者に知られているように更に処理される。例えば、生成物ストリーム３５は脱ろう処理に供されても良い。
【００９３】
複数回パス運転
図１に示される実施形態において、システムは単一パス運転用に構成されており、反応装置１０から得られる生産物１６は水素化分解生成物の回収のために更なる処理へと直接移行する。いくつかの実施形態において、反応装置１０の内容物又は高沸点化合物を含有する液体画分を次のパスの間にＨＳＤ４０を通すことが望まれる。この場合、未変換の化合物は、例えばライン２１、ライン１３又はライン１８への注入によってＨＳＤ４０へと導入可能である。ある実施形態において、未変換の又は重質の炭化水素質化合物を含む下流のラインの内容物の少なくとも一部がＨＳＤ４０へと再循環されるように、ライン１６、ライン３６、ライン２０又はそれらの組み合わせはライン２１へと接続されている。再循環は、ポンプ５及びライン１３、それ故にＨＳＤ４０によって行うことができる。追加の水素含有ガスはライン２２を介してライン１３へと注入可能であり、又はそれは高せん断装置へ直接添加可能である（図示しない）。
【００９４】
複数の高せん断混合装置
ある実施形態において、ＨＳＤ４０のような又は形の異なる二つ以上の高せん断装置が直列に配置されており、反応を更に促進するために使用される。それらの稼働は回分又は連続モードのいずれであっても良い。単一パス又は「一度の通過」処理が望まれるいくつかの実施例において、直列に配置された複数の高せん断装置の使用は同様に有益である。例えばある実施形態においては、ライン１８における排出分散体を第二の高せん断装置へと供給することができる。複数の高せん断装置４０が直列に稼働する場合、追加の水素ガスが各高せん断装置の導入供給ストリームへと注入可能である。いくつかの実施形態においては、複数の高せん断装置４０が並列に稼働しており、そこから得られる排出分散体は一又は複数の反応装置１０へと導入される。
【００９５】
高せん断装置４０内で産生されたライン１８の分散体におけるマイクロメータサイズ及び／又はサブマイクロメータサイズの水素気泡の表面積の増加は、反応装置１０内におけるより早い及び／又はより完全な水素化分解をもたらす。上述したように、更なる利点は、低温及び／又は低圧で反応装置１０を稼働できることであり、結果的に運転及び／又は資本費用の削減をすることができる。
【００９６】
本発明の利点は、循環時間の短縮、処理量の増加、触媒のより効率的な使用、高度な水素化変換、小さな水素化分解反応装置が設計可能なことによる運転費用の削減及び／又は資本費用の削減、及び／又は低温及び／又は低圧における水素化分解処理の実行に限定しないが、これらを含む。
【００９７】
ＨＳＤ４０による反応物の混合促進の利用は、炭化水素質ストリームのより効果的な水素化分解を実現する可能性を有する。いくつかの実施形態において、混合の促進は処理ストリームの処理量の増加を促進する。いくつかの実施形態において、高せん断混合装置は従来の方法に組み込まれることによって、生成量の増加（すなわち、より多くの処理量）を実現する。水素化分解装置の温度、触媒の酸性度、又は滞留時間を単純に増加させることによって水素化の程度を向上させることを試みるいくつかの方法とは対照的に、外部高せん断混合によってもたらされる良好な分散及び接触は、多くの場合において、処理量を維持又は増加させつつ、全体的な稼動温度、滞留時間、及び／又は触媒の酸性度の低減を可能にする。
【００９８】
特定の理論に限定することは望まないが、高せん断接触のレベル又は程度は物質移動の速度を上昇させるのに十分であり、他の場合にはギブスの自由エネルギー予測に基づいて起こることが期待されない反応を起こすことができる局所的な理想的でない状態を生じることもできる。局所的な理想的でない状態は、高せん断装置内で生じ、最も重要な上昇は局所圧力であると考えられる温度及び圧力の上昇をもたらすと考えられる。高せん断装置内の圧力及び温度の増加は瞬間的及び局所的であり、高せん断装置から脱すると直ぐに大部分の又は平均的なシステムの状態に戻る。いくつかの場合、高せん断混合装置は、一又は複数の反応物をフリーラジカルへと分離するのに十分な強度のキャビテーションを誘導し、フリーラジカルは化学反応を増強する又はそれ以外の場合に必要とされるであろう条件よりも厳しくない条件で起こることを可能にする。また、キャビテーションは、局所的な乱流及び液体の微小循環（音響流）を生じることによって輸送工程の速度を上昇させることが出来る。化学／物理的処理の利用におけるキャビテーション現象の有用性の概略は、ゴゲート（Gogate）らの「Cavitation:  A  technology  on  the  horizon」Current  Science  ２００６年、９１、Ｎｏ．１、３５−４６貢によって提供されている。本システム及び方法のある実施形態の高せん断混合装置はキャビテーションを誘導し、それによって水素及び炭化水素質の化合物がフリーラジカルへと分離し、その後にフリーラジカルが反応して低沸点の水素化分解生成化合物を生じる。
【００９９】
いくつかの実施形態において、本明細書に記載されるシステム及び方法は、外部高せん断装置４０を使用しない従来可能であったものより、小型及び／又はより資本を必要としない方法の設計を可能にする。開示される方法のある実施形態の潜在的な利点は、既存の方法からの運転費用の減少及び生成物の増加である。開示される方法のある実施形態は、新たな方法の設計のための資本費用の減少という利点を更にもたらす。ある実施形態において、高せん断装置４０によって水素化分解される化合物を含む炭化水素質の流体中に水素含有ガスを分散することは、未反応の水素（例えば、ライン２４において除去される水素）の量を減少させる。
【０１００】
水素化分解による炭化水素質流体の水素化分解のための本方法及びシステムは、外部高せん断機械装置を使用することによって、反応装置／高せん断分散装置内の制御された環境において化学成分の急速な接触及び混合を提供できる。高せん断装置は反応における物質移動の制限を低減することで反応速度全体を上昇させ、実質的な反応が起こることが期待できない広範な稼働条件において実質的な水素化分解を可能にする。
【０１０１】
ある実施形態において、本開示の方法は外部高せん断混合を含まない従来の水素化分解処理よりも所望される炭化水素に対する高度な選択性をもたらす。ある実施形態において、外部高せん断装置４０における混合の程度は所望の排出生成物の性質を得るために変更される。ある実施形態において、本開示の高せん断水素化分解処理は、より低い温度での水素化分解装置１０の運転を可能にし、それによってより長い炭化水素が産生される。ある実施形態において、炭化水素質原料を水素化分解するための本システム及び方法の使用は、分解／水素化の割合を増加する（物質移動の抵抗性を低減する）ことによって、少量の水素を節約して使用可能にする。
【０１０２】
本発明の好適な実施形態が示されて説明されたものの、それらの変更は本発明の精神及び教示から逸脱することなく当業者によって実施可能である。本明細書に記載された実施形態は、単なる例示であり、限定することを意図していない。本明細書に開示される発明の多くの変形体及び変更が可能であると共に、それらは本発明の範囲内である。多数の範囲又は限定が明確に記載されている場合、そのような明確な範囲又は限定は、明確に記載された範囲又は限定内に位置する同程度の反復の範囲又は限定を含む（例えば、約１から約１０は、２、３、４などを含み、０．１０より大きいは、０．１１、０．１２、０．１３及びそれ以上を含む）ことが理解されなければならない。請求項のあらゆる構成要素に関して用語「任意に（optionally）」の使用は、対象要素が必要とされる又は必要とされないことを意味することが意図される。両方の選択肢が請求項の範囲内であることが意図される。有する（comprises）、含む（includes）、有する（having）などの境界の用語の使用は、〜からなる（consisting  of）、実質的に〜からなる（consisting  essentially  of）、ほぼ〜からなる（comprised  substantially  of）などのより狭い用語に対する支持をもたらすことが理解されなければならない。
【０１０３】
したがって、保護の範囲は上述の説明によって限定されることはなく、以下の請求項によってのみ限定され、その範囲は請求項の対象物のすべての均等物を含む。各々及び全ての請求項は本発明の実施形態として明細書に援用される。したがって、請求項は追加の説明であり、本発明の好適な実施形態の追加である。本明細書中で引用されている全ての特許、特許出願、及び刊行物は、それらが例示的、手続き的又は本明細書に記載される事項に対する別の詳細な補足を提供する範囲において参照によってここに援用される。
【図１】
0005536461.tif 000002
【図２】
0005536461.tif 000003