(57)【要約】沸騰床水素化処理反応器中の原料を処理する、改善されたシステムおよび方法が提供され、それは過剰水素の混合および／または拡散によって水素ガスが新鮮かつリサイクルされた液体原料中に溶解した後に、反応器注入口の非溶存水素上流のフラッシングをされ、溶存水素含有フィードを沸騰床水素化処理反応器へ導入されることを特徴とし、それによって水素ガスが分離相として反応器へ導入される場合の、リサイクルストリーム中の過剰ガスの存在の存在による、ガス保持およびリサイクルポンプの操作効率低下といった先行技術問題を溶存水素が除去または最小化される。
2014521774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸騰床水素化処理反応器中で液体炭化水素原料を低分子量炭化水素化合物に変換するプロセスであって、以下：
混合ゾーンにおいて液体炭化水素原料を過剰な水素ガスと混合して、一部の水素ガスを液体炭化水素原料中に溶解させ、水素に富む液体炭化水素原料を生成し；
水素に富む液体炭化水素原料および非溶存水素をフラッシングゾーンへ運び、そこで少なくとも一部の非溶存水素ガスがフラッシュされ；
水素に富む液体炭化水素原料をフラッシングゾーンから沸騰床反応器のフィード注入口へ移動させ、原料から低分子量炭化水素類への変換を含む反応を行わせ；並びに
変換された低分子量の炭化水素産物を、沸騰床反応器の実質的な触媒フリーゾーンから回収する、
ことを特徴とするプロセス。
【請求項２】
沸騰床反応器が、回収生成物よりも重い炭化水素類を回収するために、触媒床の上の実質的な触媒フリーゾーンと流体連結している内部的リサイクル下降流導管（internal recycle downflow conduit）を含む、請求項１のプロセス。
【請求項３】
リサイクル下降流導管および沸騰床反応器のフィード注入口と流体連結しているリサイクルポンプをさらに含む、請求項２のプロセス。
【請求項４】
フラッシングゾーンおよび沸騰床反応器のフィード注入口と流体連結しているリサイクルポンプをさらに含み、
リサイクルされたより重い炭化水素類が、混合ゾーンへ新鮮な炭化水素原料と導入されることを特徴とする、
請求項２のプロセス。
【請求項５】
下降流導管と流体連結している外部分離容器またはフラッシュ容器（external separation or flash vessel）、並びに、外部分離容器またはフラッシュ容器の底部とおよび沸騰床反応器のフィード注入口と流体連結しているリサイクルポンプをさらに含む、請求項２のプロセス。
【請求項６】
沸騰床反応器流出物が、沸騰床反応器の生成物排気口と流体連結しているリサイクル分離容器へ運ばれ、リサイクルストリーム上部として生成物の回収がされ、またリサイクルストリーム底部として回収生成物よりも重い炭化水素類が分離されることを特徴とする、請求項１のプロセス。
【請求項７】
リサイクル分離容器の排気口底部とおよび沸騰床反応器のフィード注入口と流体連結しているリサイクルポンプをさらに含む、請求項６のプロセス。
【請求項８】
フラッシングゾーンとおよび沸騰床反応器のフィード注入口と流体連結しているリサイクルポンプをさらに含み、
リサイクルされたより重い炭化水素類が、混合ゾーンへ導入されることを特徴とする、
請求項６のプロセス。
【請求項９】
リサイクルストリーム導管底部と流体連結している外部分離容器またはフラッシュ容器、並びに
外部分離容器またはフラッシュ容器の底部とおよび沸騰床反応器のフィード注入口と流体連結しているリサイクルポンプ
をさらに含む、請求項６のプロセス。
【請求項１０】
沸騰床反応器のガス保持が、総液体量の４０Ｖ％未満から１０Ｖ％未満の範囲における、請求項１のプロセス。
【請求項１１】
沸騰床反応器のガス保持が、１Ｖ％未満である、請求項１のプロセス。
【請求項１２】
沸騰床リサイクルストリームが、総液体量の１０Ｖ％未満から１Ｖ％未満の範囲における蒸気量を含む、請求項１のプロセス。
【請求項１３】
沸騰床リサイクルストリームが、総液体量の０.１Ｖ％未満の蒸気量を含む、請求項１のプロセス。
【請求項１４】
沸騰床反応器が、３５０℃から５００℃の範囲における温度で作動する、請求項１のプロセス。
【請求項１５】
沸騰床反応器が、４００℃から４５０℃の範囲における温度で作動する、請求項１のプロセス。
【請求項１６】
沸騰床反応器が、５０から３００Ｋｇ／ｃｍ２の範囲における圧力で作動する、請求項１のプロセス。
【請求項１７】
沸騰床反応器が、１００から２５０Ｋｇ／ｃｍ２の範囲における圧力で作動する、請求項１のプロセス。
【請求項１８】
沸騰床反応器が、１５０から２００Ｋｇ／ｃｍ２の範囲における圧力で作動する、請求項１のプロセス。
【請求項１９】
水素および原料混合ゾーン並びに飽和ゾーン（hydrogen and feedstock mixing and saturation zone）が、原料の５００から１０，０００標準立方フィート／バレル（ＳＣＦＢ）の範囲における水素フィード割合で作動する、請求項１のプロセス。
【請求項２０】
水素および原料混合ゾーン並びに飽和ゾーンが、１５００から５，０００ＳＣＦＢの範囲における水素フィード割合で作動する、請求項１のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、２０１１年７月２９日に出願された米国仮特許出願第６１/５１３，０５５号の利益を主張するものであり、その開示は参照により本明細書によって援用される。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、沸騰床反応器（ebullated-bed reactor）を用いる、水素化分解または水素化処理システムおよびプロセスに関する。
【０００３】
（関連技術の記載）
水素化分解または水素化処理操作の共通の目的は、特に残油原料（residue feedstock）中における硫黄、窒素および／または金属などの不純物を除去し、また重質フィード（heavy feed）を低沸点の低分子量炭化水素類にクラッキングし、ガソリンおよびディーゼルなどの輸送燃料を得ることである。水素化分解／水素化処理操作で生じる反応には、水素化脱硫（ＨＤＳ）、炭素残油還元（carbon residue reduction）（ＣＲＲ）、窒素除去（ＨＤＮ）、およびクラッキングが含まれる。
【０００４】
精油所において、触媒の置換または再生のためのダウンタイムを最小化することが望ましい。さらに、プロセス経済学は一般的に、減圧軽油、脱アスファルト油および残油に存在するような、硫黄、窒素、金属および／または有機金属化合物などの様々な混入物レベルのフィードストリーム（feed stream）を処理できる多用途システムを必要とする。
【０００５】
精製業に用いられる反応器タイプには主に三つあり、固定床、沸騰床および移動床（fixed, ebullated, and moving bed）である。特定の反応器タイプのいずれを利用するかの判断は、原料特性、所望の変換率、可動性（flexibility）、連続運転時間（run length）、および必要な製品品質などの多くの判断基準に基づいて行われる。
【０００６】
沸騰床反応器は、比較的に重質な原料の処理の間に、および減圧残油などの変換必要量が増加するにつれて生じる、固定床反応器で通常伴うプラグ問題（plugging problem）を解消るために開発された。沸騰床反応器では、触媒は膨張床（expanded bed）にあるので固定床反応器に伴うプラグ問題（plugging problem）に向き合える。沸騰床反応器における触媒の流動性質はまた、床のほんの一部のオンライン触媒交換（on-line catalyst replacement）も可能にさせる。この結果、時間によって変動することの無い、高い床活性（high net bed activity）をもたらす。
【０００７】
固定床技術には、比較的多量のヘテロ原子、金属およびアスファルテンを含む、特に重い負荷を処理するのにかなりの問題があり、というのもこれらの混入物は触媒の急速な非活性化および反応器のプラグを生じるからである。直列につながれている多段階（multiple）固定床反応器を用いることによって、３７０℃以上で沸騰している重質原料の比較的高い変換を達成できるものの、そのような設計は高い設備投資を必要とし、また特定の原料に関しては商業的に実行が難しく、例えば触媒交換を３〜４ヶ月毎に必要とする。
【０００８】
従って、これらの重い負荷を処理するために、沸騰床反応器が作られ、世界中で実施されている。これらの反応器には性能および効率に多くの利点があり、特に重質原油に関して利点がある。初期の沸騰床プロセスおよびシステムは、Ｊｏｈａｎｓｏｎによる米国特許第２，９８７，４６５号および３，１９７，２８８号に記載されており、これらはいずれも本明細書において参照により援用される。
【０００９】
一般に、沸騰床反応器には、触媒を含有する垂直方向の円柱状容器から同時に流れる液体、固体およびガスのストリームが含まれる。触媒は、動きながら液体中に置かれ、また定常時の触媒マスの量よりも多い、液体媒体を通じて分散された総量を有する。沸騰床反応器は、重質液体炭化水素類の精製および石炭から合成石油への変換のためのプロセスを含む、様々な精製操作に用いられている。
【００１０】
典型的には、液体炭化水素相およびガス状水素相は、液体が床から上へ送られる際に粒子が強制的に動かされるような速度で、触媒粒子床から上へ送られる。触媒床の膨張（expansion）レベルは、少なくとも一部は、沸騰床ポンプによってコントロールされるボトムリサイクル液体流速（bottoms recycle liquid flow rate）によって決定される。定常状態の操作の間（つまり、沸騰床状態）、触媒量（bulk）は反応器においてある特定のレベルを超えることは無く、それは反応器設計（reactor design）の間に予め決定される。このレベルは、触媒粒子が反応器から離れるのを防ぐように、またはガス液体混合物から持ち越された触媒粒子を分離するために反応器の内部に設置されるサイクロン（cyclones）の効率的な操作を妨げるように確立される（established）。ガス保持および液体粘性が無いので、最初はより多くの触媒を反応器に充填することができる。これらの判断基準を設計することは、当業者の日常的な作業の範囲内である。生成物の蒸気および液体のかなりの部分は、触媒粒子のアッパーレベル（upper level）を通過して実質的な触媒フリーゾーン（substantially catalyst-free zone）へ入り、反応器上部の近くで除去される。
【００１１】
かなりの部分の水素ガスおよび軽質炭化水素蒸気が、反応ゾーンから触媒フリーゾーンへと上昇する。液体は反応器の底へリサイクルされ、この触媒フリーゾーンからの純生産物として反応器から得られる。蒸気のある特定の部分は液体 リサイクルストリームから分離された後に、沸騰ポンプの吸引によって引かれたリサイクル導管を通過する。しかしながら、リサイクルストリーム底部（bottoms recycle stream）中に存在するガスまたは蒸気は、リサイクルポンプの能力を実質的に低下させる。蒸気の存在はまた、反応器中の液体滞留時間を減少させ、また水素分圧を制限する。
【００１２】
触媒粒子の沸騰床で触媒的水素化分解プロセスにおいて用いられるある特定の反応器は、下降流導管または降水管（downcomer）として役立つ中心垂直リサイクル導管（central vertical recycle conduit）で設計され、それは液体を触媒フリーゾーンから沸騰触媒床の上部のリサイクルポンプの吸引へリサイクリングし、触媒反応ゾーンを通って液体を再循環する。
【００１３】
図１は、液体がリサイクル下降流導管（recycle downflow conduit）で内部的にリサイクルする、先行技術のシステムおよび装置１００を模式的に示す。装置１００には、沸騰床反応器１６０および沸騰ポンプ１６４が含まれる。沸騰床反応器１６０には、水素ガスおよび原料の混合物を受ける注入口１３０、および生成流出物（product effluent）を排出するための排気口１６６が含まれる。沸騰ポンプ１６４は沸騰床反応器１６０と流体連結しており、沸騰床反応器１６０からリサイクルされた流出物を受ける注入口１６２、およびリサイクル流出物（recycled effluent）を上昇圧力で排出する排気口１６３を含む。
【００１４】
システム１００の実施にあたり、水素ガスおよび原料の混合物は、注入口１３０から沸騰床反応器１６０へ導入され、原料を低分子量の炭化水素類に変換することを含む反応が行われる。液体反応流出物（liquid reaction effluent）は、沸騰床反応器１６０内に位置する下降流導管内を下へ連続的に流れ、沸騰ポンプ１６４を用いて上昇した圧力で沸騰床反応器１６０へリサイクルバックされる。生成流出物は、排気口１６６から回収される。
【００１５】
あるいは、リサイクル液体（recycle liquid）は反応器の下流に位置する蒸気分離装置から得られるか、または大気ストリッパーボトムストリーム（atmospheric stripper bottoms stream）から得られる。液体のリサイクルは、触媒床（catalyst bed）を沸騰させ、安定させ、また反応器全体の温度を均一に保つのに役立つ。
【００１６】
図２は、沸騰床反応器２６０、沸騰ポンプ２６４、および高圧分離装置２８０を含む、外部的リサイクルシステムを有する、システムおよび装置２００を模式的に示す。沸騰床反応器２６０には、水素ガスおよび原料の混合物を導入するための注入口２３０、および生成流出物を排出するための排気口２６６が含まれる。高圧分離装置２８０には、生成流出物を受けるための排気口２６６と液体連結している注入口、ガス生成物ストリーム（gas product stream）を排出するための排気口２８２、および液体ストリームを排出するための排気口２８４が含まれる。沸騰ポンプ２６４には、液体ストリームの少なくとも一部を受けるための高圧分離装置の排気口に液体連結している注入口２６２、およびリサイクリングストリームを上昇した圧力で排出するための排気口２６３が含まれる。
【００１７】
システム２００の実施に当たり、水素ガスおよび原料の混合物は、注入口２３０から沸騰床反応器２６０へ導入され、原料を低分子量の炭化水素類に変換することを含む反応が行われる。反応流出物（reaction effluent）は、高圧分離装置２８０に運ばれて、ガスストリーム２８２および液体ストリーム２８４が得られる。液体ストリーム２８４の少なくとも一部は、ストリーム２８８として、沸騰ポンプ２６４から沸騰床反応器２６０へとリサイクルされる。ストリーム２８４の残りは、生成物ストリーム２８６として回収されるか、またはさらなる精製プロセスを受けることができる。
【００１８】
触媒床膨張（catalyst bed expansion）は、沸騰床反応器における重要な要素である。プロセスにおいて、床の膨張はリサイクルポンプスピードによってコントロールされている。ある特定のシステムには、異常に高い床（abnormally high bed）（インターフェース）レベルを決定するめの、複数の床レベル検出器（bed level detector）および一またはそれ以上の追加検出器によって特徴付けられる床が含まれる。インターフェースレベルは、例えば、反応器の内部点にある放射源および／または反応器壁中における検出源を含む密度検出器（density detector）によって検出される。
【００１９】
沸騰床プロセスは一般により重質な減圧残油原料を変換するのに用いられるものの、それらはより低い沸点の減圧軽油原料をきれいにするか処理するためにも用いられ得る。沸騰床プロセスの利点には、製品品質および速度の均一性、ダウンタイムの減少および設備投資の軽減が含まれる。
【００２０】
「容積」および「長さと直径の比率」は、触媒負荷量（load）に影響を与える、沸騰床反応器設計中の要素として知られている。通常の容積の反応器（given volume reactor）に関しては、長さと直径の比率が大きければ大きいほど、より多くの触媒を反応器中へ導入することができる。
【００２１】
ガスおよび液体保持率（hold-up rate）は、システム性能に寄与する重要なプロセス特性である。高いガス保持率は、液体滞留時間の減少によるプロセス性能の低下を引き起こす。沸騰床反応器中のガス保持率は、せいぜい４０％まで高くできる。
【００２２】
沸騰床反応器設計は無数のタイプが存在するものの、より効率的で効果的な沸騰床反応器プロセスの提供、並びにリサイクルシステム中のガス保持およびリサイクルポンプに対するその副作用を除去または最小化する、改善された反応器性能の達成という課題が存在する。
【発明の概要】
【００２３】
本発明は上記課題に取り組み、沸騰床水素化処理反応器中の原料処理のためのシステムおよびプロセスであって、それは反応器注入口の上流の混合および／または拡散、混合物のフラッシング、非溶存水素および他のあらゆる軽質な構成成分の回収、その後に原料含有溶存水素が沸騰床水素化処理反応器に充填されることによって、水素ガスが、組み合わさった新鮮かつリサイクル液体原料中に溶解している、システムおよびプロセスを提供することによって、さらなる利点を見出した。従来設計の沸騰床反応器の典型的なガス保持問題は、最小化される。
【００２４】
よって、本発明は、沸騰床反応器中で液体炭化水素原料を低分子量炭化水素化合物に変換するプロセスであって、以下：
混合ゾーンにおいて新鮮かつリサイクルされた液体炭化水素原料および過剰な水素ガスを混合して、一部の水素ガスを液体炭化水素原料中に溶解させ、水素に富む液体炭化水素原料を生成し；
水素に富む液体炭化水素原料および過剰な水素をフラッシングゾーンへ運び、そこで少なくとも一部の非溶存水素ガスがフラッシュされ（flashed）；
水素に富む液体炭化水素原料をフラッシングゾーンから沸騰床反応器のフィード注入口へ移動させ、原料から低分子量炭化水素類への変換を含む反応を行わせ；
変換された低重量の炭化水素産物を、沸騰床反応器の実質的な触媒フリーゾーンから回収し；並びに
再処理のために、新鮮な原料と混合するために、未変換フィード（unconverted fed）をリサイクリングする、
ことを特徴とするプロセスに関する。
【００２５】
本発明のプロセスおよびシステムは、先行技術の沸騰床水素化処理反応器中で典型的に直面する、リサイクルストリーム中のガスの存在に起因する、ガス保持に関連する問題並びにリサイクルポンプ効率低下に伴う問題を解決する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
以下で本発明をより詳しくは説明し、また添付の図面を参照して説明するが、ここで同じまたは類似の要素は同じ番号で呼ぶ。
【００２７】
図１は、内部的リサイクルを有する、先行技術の通常の沸騰床反応器の模式図である。
【００２８】
図２は、外部的リサイクルを有する、先行技術の通常の沸騰床反応器の模式図である。
【００２９】
図３Ａ〜３Ｃは、内部的リサイクルおよび直列リサイクルシステム（straight recycle system）を有する沸騰床プロセスの模式図（図３Ａ）、混合リサイクル（combined recycle）および原料水素付加システムを有する沸騰床プロセスの模式図（図３Ｂ）、並びにリサイクル分離システムと組み合わさった原料水素付加システムを有する沸騰床プロセスの模式図（図３Ｃ）。
【００３０】
図４Ａ〜４Ｃは、外部的リサイクルおよび直列リサイクルシステムを有する沸騰床プロセスの模式図（図４Ａ）、混合リサイクルおよび原料水素付加システムを有する沸騰床プロセスの模式図（図４Ｂ）、並びにリサイクル分離システムと組み合わさった原料水素付加システムを有する沸騰床プロセスの模式図（図４Ｃ）。
【００３１】
（発明の詳細な説明）
本発明のプロセスにおいて、水素化処理／水素化分解反応に要求される水素ガスのかなりの部分は、液体原料中に溶解している。水素分配装置（hydrogen distributor apparatus）を利用して、沸騰床反応器の上流にある原料を処理し、必要な反応水素ガスの少なくともかなりの部分を液体原料中に溶解させ、沸騰床反応器流入液として混合フィード／水素ストリーム（combined feed/hydrogen stream）を生成する。
【００３２】
本発明のプロセスを実行するにあたり、沸騰床反応器のガス保持は、反応器を通る総液体量の４０Ｖ％未満、好ましくは１０Ｖ％未満、最も好ましくは１Ｖ％未満である。
【００３３】
また、本発明のプロセスを実行するにあたり、沸騰床リサイクルストリーム（ebullated-bed recycle stream）は１０Ｖ％未満、好ましくは１．０Ｖ％未満、最も好ましくは０．１Ｖ％未満の蒸気を含む。
【００３４】
図３Ａ〜３Ｃは、原料と一緒に少なくともかなりの部分の必要な水素を溶液中に含むチャージ（charge）３２０を受け取るのに適した内部的リサイクルタイプ沸騰床反応器装置を示す。
【００３５】
プロセスの装置には一般に、水素分配器３１４、フラッシュ容器（flash vessel）３２２、沸騰床反応容器３６０、並びに一またはそれ以上のポンプ３６４ａ、３６４ｂおよび３６４ｃが含まれる。
【００３６】
原料ストリーム３１０は、分配容器３１４中で過剰な水素ガス３１２と混合されて、液体中に所望量の水素が溶解され、水素に富む液体炭化水素原料（hydrogen-enriched liquid hydrocarbon feedstock）が生成される。水素ガスストリーム３１２には、新鮮な水素３１６およびリサイクルされた水素３１８が含まれる。
【００３７】
ある特定の態様において、カラムが水素分配容器として用いられ、それの一またはそれ以上の位置で水素ガスが注入され、そのうちの少なくとも一つはカラムの底部に向かっている。液体原料は、カラム底部または上部から供給することができる。水素ガスを、水素分配器を通してカラムに注入し、念入りに混合（intimate mixing）し、原料と溶存水素の飽和を促進させる。
【００３８】
水素に富む原料および過剰な水素ガスを含む混合ストリーム３２０はフラッシングゾーン（flashing zone）３２２に運ばれ、そこで過剰な水素および他のガス（例えば、軽い原料留分）はストリーム３２４としてフラッシュオフ（flashed off）される。ストリーム３２４の一部はストリーム３１８として、新鮮な水素フィード３１６と一緒に、リサイクルされる。フラッシュガス（flashed gas）の残りは、ブリードストリーム（bleed stream）３２６としてシステムから放出され、示されていないが他の精油所および／または石油化学適用のために分配または回収することができる。
【００３９】
溶存水素を含む、水素に富む炭化水素原料ストリーム３３０は、沸騰床反応器３６０へ送られ、水素化処理反応が行われる。反応器流出物生成物ストリーム３６６は沸騰床反応器から放出され、示されていないが、一またはそれ以上の分離容器（separation vessel）中へ送られ、生成物回収される。
【００４０】
あるいは、生成物ストリーム３６６は、一またはそれ以上の下流沸騰床反応器システム（downstream ebullated-bed reactor system）へ運ばれてもよく、それには本明細書に記載の関連単位装置（associated unit operation）の一またはそれ以上［例えば、上流フラッシング容器（flashing vessel）、下流フラッシング容器、および／または一またはそれ以上の追加の水素分配装置］が含まれてもよい。
【００４１】
図３Ａ、３Ｂおよび３Ｃの態様は、個別に、または原料水素付加システムとの様々な組み合わせで実行することができる。直列リサイクルシステムを有する沸騰床プロセスは、図３Ａに描かれている。混合リサイクルおよび原料水素付加システムを有する沸騰床プロセスは、図３Ｂに描かれている。リサイクル分離システムと組み合わさった原料水素付加システムを有する沸騰床プロセスは、図３Ｃに描かれている。
【００４２】
特に、図３Ａを参酌すると、フラッシング容器３２２からの水素に富む炭化水素原料３３０は、沸騰床反応器３６０へ充填される。内部的リサイクルタイプ沸騰床反応器において、液体リサイクル流出物３６２ａは、沸騰ポンプ３６４ａの引く力（draw force）によって、触媒床上部の触媒フリーゾーンと流体連結している降水管（downcomer conduit）を通じて引き出される。沸騰ポンプ３６４ａからのリサイクルストリーム３６３ａは触媒床に戻り、その際に流圧が触媒床膨張を生じさせる。
【００４３】
図３Ｂを参酌すると、内部的リサイクル流出物３６２ｂは、水素ガス分配器３１４へ送られ、原料ストリーム３１０と混合され、水素飽和化（hydrogen saturation）される。混合した水素飽和ストリーム３３０は、沸騰床ポンプ３６４ｂによって与えられる流圧で沸騰床反応器へ運ばれ、触媒の床膨張を生じる。
【００４４】
図３Ｃを参酌すると、フラッシング容器３２２からの水素に富む炭化水素原料３３０は、沸騰床反応器３６０へ充填される。内部的リサイクル流出物３６２ｃは、適宜水素取り込みをストリーム３７８から行い、分離容器３７０を通過する。分離装置底部（separator bottom）３７４は沸騰ポンプ３６４ｃを通過し、リサイクルストリーム３６３ｃは沸騰床反応器３６０へ戻される。沸騰ポンプ３６４ｃによってリサイクルストリーム３６３ｃが受ける流圧は、触媒床膨張を生じさせる。リサイクルされた水素（recycle hydrogen）および軽いガスが含まれる分離装置上部（separator top）３７２の一部はシステムから流出し（bleed）、一部３７６はリサイクルされ、リサイクル流出物３６２ｃと混合され、また適宜ストリーム３７８からの追加（make-up）水素と混合される。
【００４５】
図４Ａ〜４Ｃで示す別の態様において、外部的リサイクルタイプ沸騰床反応器は、原料と一緒に少なくともかなりの部分の必要な水素を溶液中に含むチャージ４２０を受けるのに適応している。
【００４６】
本プロセスのための装置には一般に、水素分配器４１４、フラッシュ容器４２２、沸騰床反応容器４６０、リサイクル分離容器４８０、並びに一またはそれ以上の沸騰ポンプ４６４ａ、４６４ｂおよび４６４ｃが含まれる。
【００４７】
原料ストリーム４１０は水素ガス４１２と分配容器４１４中で混合されて、液体混合物中において適した量の水素が溶解され、水素に富む液体炭化水素原料が生成される。水素ガスストリーム４１２には、新鮮な水素４１６およびリサイクルされた水素４１８が含まれる。
【００４８】
ある特定の態様において、カラムが水素分配容器として用いられ、それの一またはそれ以上の位置で水素ガスが注入され、そのうちの少なくとも一つはカラムの底部に向かっている。液体原料は、カラム底部または上部から供給することができる。水素ガスを、水素分配器を通してカラムに注入し、十分に混合し、溶存水素含有原料の形成を促進させる。
【００４９】
水素に富む原料および過剰な水素ガスを含む混合ストリーム４２０は、フラッシングゾーン４２２に運ばれ、そこで過剰な水素および他のガス（例えば、軽い原料留分）はストリーム４２４としてフラッシュオフされる。ストリーム４２４の一部は、ストリーム４１８としてリサイクルされ、新鮮な水素フィード４１６と一緒になる。フラッシュガス（flashed gas）の残りの一部は、ブリードストリーム４２６としてシステムから放出され、示されていないが他の精油所および／または石油化学適用のために分配または回収することができる。
【００５０】
適した量の溶存水素を含む、水素に富む炭化水素原料ストリーム４３０は、沸騰床反応器４６０へ供給（feed）されて、水素化処理反応される。
【００５１】
沸騰床反応器流出物生成物ストリーム４６６はリサイクル分離容器４８０に送られ、ガス生成物ストリーム４８２のフラッシュオフ（flash-off）および液体生成物ストリーム４８４（その一部はリサイクルされる）の回収がされる。液体生成物ストリームの一部４８６はプロセスから除去され（drawn-off）、示されていないが、一またはそれ以上の分離容器へ送られて生成物回収される。あるいは、生成物ストリーム４８６は、一またはそれ以上の下流沸騰床反応器システムへ運ばれてもよく、それには本明細書に記載の関連単位装置の一またはそれ以上（例えば、上流フラッシング容器、下流フラッシング容器、および／または一またはそれ以上の追加の水素分配装置）が含まれてもよい。
【００５２】
図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃの様々な態様は、個別に、または原料水素付加システムとの様々な組み合わせで実行することができる。直列リサイクルシステムを有する沸騰床プロセスは、図４Ａに描かれている。混合リサイクルおよび原料水素付加システムを有する沸騰床プロセスは、図４Ｂに描かれている。リサイクル分離システムと組み合わさった原料水素付加システムを有する沸騰床プロセスは、図４Ｃに描かれている。
【００５３】
特に、図４Ａを参酌すると、フラッシング容器４２２からの水素に富む炭化水素原料４３０は、沸騰床反応器４６０に充填される。外部的リサイクルタイプ沸騰床反応器において、流出物ストリーム４６６は、リサイクル分離容器４８０中で生成物留分４８２および液体留分４８４に分離される。液体生成物ストリーム４８４の一部４８８ａは、触媒床膨張を生じる流圧を有する、沸騰ポンプ４６４ａを介して反応容器４６０の底部に充填されている外部的リサイクルストリーム４６３ａとして役立つ。
【００５４】
図４Ｂを参酌すると、フラッシング容器４２２からの水素に富む炭化水素原料４３０は、沸騰床反応器４６０へ充填される。外部的リサイクル流出物４７８ｂは、水素ガス分配器４１４に送られ、原料ストリーム４１０と混合されて、水素飽和化される。混合された水素飽和ストリーム４３０は、沸騰ポンプ４６４ｂによって与えられる流圧が触媒床膨張を生じさせながら、沸騰床反応器に運ばれる。
【００５５】
図４Ｃを参酌すると、フラッシング容器４２２からの水素に富む炭化水素原料４３０は、沸騰床反応器４６０へ充填される。外部的リサイクル流出物４８８ｃは、適宜ストリーム４７８から水素取り込みを行い、分離容器４７０を通過する。分離装置底部４７４は沸騰ポンプ４６４ｃを通過し、リサイクルストリーム４６３ｃは沸騰床反応器４６０へ戻される。沸騰ポンプ４６４ｃによってリサイクルストリーム４６３ｃへ与えられる流圧は、触媒床膨張を生じさせる。リサイクル水素および軽質ガスを含む分離装置上部４７２の一部はシステムから流出し、一部４７６はリサイクルされ、リサイクル流出物４８８ｃと混合され、また適宜ストリーム４７８からの追加水素と混合される。
【００５６】
一般に、沸騰床反応器の作動条件には、３５０℃から５００℃、ある特定の態様では４００℃から４５０℃の範囲における温度；５０から３００Ｋｇ／ｃｍ２、ある特定の態様では１００から２５０Ｋｇ／ｃｍ２、またさらなる態様では１５０から２００Ｋｇ／ｃｍ２の範囲における圧力；並びに１：１から４０：１、ある特定の態様では１：１から２０：１の範囲におけるリサイクルと原料の比率が含まれる。
【００５７】
原料の飽和のためには、最大で約１０，０００標準立方フィート／バレル（standard cubic feet per barrel）（ＳＣＦＢ）まで、ある特定の態様では５００から１０，０００ＳＣＦＢ、またさらなる態様では１，５００から５，０００ＳＣＦＢの水素フィード割合（hydrogen feed rate）が用いられ、その割合は原料の性質および特性によって決定される。
【００５８】
本発明のプロセスおよびシステムは、沸騰触媒床反応器を通るフィードとして、水素化処理反応のために必要な水素の少なくともかなりの部分［ある特定の態様では、実質的に単層のフィードおよび水素ストリーム組み合わせ（single-phase combined feed and hydrogen stream）］を含む、水素に富む炭化水素原料を用いることによって、リサイクル中の過剰ガスに関する沸騰ポンプ装置に伴う問題は軽減される。
【００５９】
沸騰床反応器の操作を、水素化処理反応に必要な水素の少なくともかなりの部分がフィードストリームと液体相中に溶解するように、最適化する。ある特定の態様において、反応器容積の必要量を最小化し、触媒添加量および液体容積を増加させ、またガス保持率を減少させるために、触媒および液体の実質的なニ相システムが提供される。
【００６０】
システム中の過剰な水素ガスが最小化または実質的に除去されるのだから、リサイクルストリームおよび故にリサイクル液体は通常の沸騰床水素化処理システムと比べてガス相が減り、よって沸騰床リサイクルポンプの効率が高まり、また相当な（substantial）ガス相を扱うように設計されている沸騰ポンプの必要性が最小化する。さらには、過剰水素量の減少はガス保持の可能性を最小化し、反応器容積をより効率的に用いることができ、例えばある特定の態様では有効な反応器容積は最大で約４０％まで増加する。
【００６１】
沸騰床反応器の一つの特徴は、反応器の操作を妨げることなく、触媒添加／除去を定期的に行い、ある特定の操作では連続的または半連続的に行うことである。液体原料を含む溶液中で水素取り込みの無い通常システムと比べて、本発明は、水素欠如の可能性によって引き起こされるいかなる触媒失活も、触媒の定期的な部分的交換によって少なくとも部分的には埋め合わされる。従って、沸騰床反応器サイクル周期は、精製者の監視および巡廻スケジュール（turnaround schedule）によって設定されるのであって、触媒活性によってではない。
【００６２】
沸騰床反応器は一定の温度で作動する一方で、固定床反応器は幅広い範囲の温度で作動する。沸騰床反応器においては、沸騰の結果として、圧力低下は比較的に小さい。
【００６３】
沸騰床反応器プロセスの逆混合特性（back-mixing characteristic）は反応物の分散促進を提供し、ほぼ等温床条件（near-isothermal bed condition）を引き起こす。反応温度はフィード温度によってコントロールされ、結果的に反応器にわたって等温操作がされる。これは、反応器における水素ガスクエンチ（hydrogen gas quench）の必要性を除去する。本発明のシステムおよびプロセスによって、沸騰床プロセスにおける等温操作（クエンチ操作が不要）は原料加工柔軟性（processing flexibility）が高まり、また比較的に重質原料を沸騰床反応器中で加工（process）できる。
【００６４】
（実施例）
アラビアン重質原油（Arabian heavy crude oil）から得た減圧残油（その特性は表１に示される）を、一段階（single-stage）沸騰床反応器中、４４０℃、１５０バールの水素分圧で、反応器容積１リットルに対して０.３リットルの油および減圧残油１トンに対して０.８ｋｇの触媒で、水素化分解した。全水素ガス割合（rate）は、水素がプロセスから消費される割合の４倍に設定する。沸騰床反応器を、リサイクルと原料の比率は１０：１で作動した。
【表１】
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【００６５】
図３Ｂで示されるように設計されたプロセスの全物質収支を、表２に示す。
【表２】
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【００６６】
５２０℃以上で沸騰している炭化水素類の全変換は６１Ｗ％であり、プロセスにおいて水素化脱硫の９２重量％を達成した。水素が原料中に溶解しているのでガス相水素は沸騰床反応器において除去され、その結果、先行技術の三相システム中のガス保持に従来は必要とされたいた反応器スペースの３０〜４０Ｖ％を確保できるようになった。
【００６７】
本発明の方法およびシステムは、上記および添付図面に記載されているものの、これらに修飾を加え得ることは当業者にとっては明白であり、また本発明の保護範囲は特許請求の範囲によって定義される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【国際調査報告】
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