CN102037101B - 整合有直馏和转化瓦斯油加氢转化步骤的多级渣油加氢转化的方法 - Google Patents

整合有直馏和转化瓦斯油加氢转化步骤的多级渣油加氢转化的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新的整合的加氢转化方法，用于转化重质常压或者减压渣油进料以及转化和减少减压瓦斯油液体产物中的杂质。这是如下来实现的：使用两个渣油加氢转化反应级，两个气-液分离器，和至少两个另外的蒸馏物沸腾床加氢裂化/加氢处理反应级来提供该渣油原料的高转化率。

Description

整合有直馏和转化瓦斯油加氢转化步骤的多级渣油加氢转化的方法
技术领域
本发明涉及一种新的整合的加氢转化方法，用于转化含有减压渣油的重质烃进料以及转化和减少直馏和转化产物减压瓦斯油液体中的杂质。这是如下来实现的：使用两个渣油沸腾床加氢转化反应级，两个气-液分离器，和至少两个另外的蒸馏物沸腾床加氢裂化/加氢处理反应级。   在两级渣油加氢转化反应器系统中，常压或者减压渣油进料和氢气在第一渣油加氢转化阶段中与催化剂反应，来产生轻质烃。第一阶段流出物其后在级间分离器中分离，该分离器将流出物分离成为液相和气相。   来自该级间分离器的液相然后供给到第二渣油加氢转化反应级，进行另外的转化和减少杂质。将来自该第二阶段的所形成的混合相流出产物送到第二高压分离器，并将液体产物送去进行产物分离。   来自第一阶段(级间分离器)和来自第二气液分离器的顶部蒸气包含了大量的未反应的氢气，其随后被送到单独的蒸馏物沸腾床反应器，用于转化和加氢处理包含在这些物流中的柴油和减压瓦斯油。这些下游沸腾床加氢/加氢处理反应器被称作蒸馏物沸腾床反应器，来将它们与上游系统进行区分。提供给这些蒸馏物沸腾床反应器的另外的原料可以包括直馏减压瓦斯油，来自其他加工单元的裂化材料，和从第二级渣油沸腾床加氢裂化产物中回收的柴油和VGO。
背景技术
烃化合物可用于许多用途。具体的，烃化合物尤其可以用作燃料，溶剂，去油剂，清洁剂和聚合物前体。烃化合物最重要的来源是石油原油。将原油精炼成单独的烃化合物馏分是公知的加工技术，其能够通过多种不同的方法来实现。
原油它们的组成以及物理化学性能是广泛变化的。具有类似混合的物理化学特性的原油(其通常产自给定的油层，油田或者有时候甚至地区)构成了原油“物流”。最简单的，原油是通过它们的密度和含硫量来分级的。不太浓稠(或者“轻质”)原油通常具有更高的轻质烃份额(更高价值的产物)，其可以通过简单的蒸馏来回收。较浓稠的(“重质”)原油用简单的蒸馏产生了更大份额的低价值产物，并且需要另外的加工来产生期望范围的产物。重质原油的特征还在于相对高的粘度和低的API重力(通常低于25°)和高百分比的高沸点成分(>975 ℉，即524℃)。
另外，一些原油还具有更高的含硫量，这是一种在加工和产物质量方面都不期望的特性。原油的品质决定了实现最佳的混合产物输出所必需的加工和再加工程度。
在最近二十年中，对加工重质原油的需求已经增加。精炼的石油产品通常具有基于分子的更高的平均氢碳比。所以，石油精炼烃馏分的升级被分为两类之一：氢加成和除碳。氢加成是通过方法例如加氢处理和加氢裂化来进行的。除碳方法典型的产生废弃的高碳材料的物流，其可以是液体或者固体；例如焦炭。
为了促进加工，重质原油或者它们的馏分通常进行热裂化或者加氢裂化，来将高沸点馏分转化成为低沸点馏分，随后加氢处理来除去杂原子例如硫，氮，氧和金属杂质。
关于用于渣油进料的加氢处理催化剂，技术和运行条件进一步的信息可以参考下面的文献来获得：US专利No.5198100；4810361；4810363；4588709；4776945和5225383，其在此引入作为参考。
具有更大量杂质(包括沥青质，金属，有机硫和有机氮)的粗原油需要更苛刻的加工来除去它们。通常来说，处理给定的原料所需的条件越苛刻(例如更高的温度和压力)，构建和运行整个设备的成本就越大。
在全球范围内，固定床反应器的使用远大于沸腾床反应器(ebullated-bed)的使用。固定床系统用于轻质的、更高品质的原料，并且是公知的系统。固定床系统主要用于石脑油，中间馏分，常压和减压瓦斯油，和常压渣油的处理。
但是，随着原料变得更重，具有更大的杂质含量，或者需要更苛刻的转化水平，该固定床系统变得不太有效和不太有效力。在这些情况中，沸腾床反应器系统更好的适于渣油加工。
通常，沸腾床反应器被用于加工重质原油进料物流，特别是具有高金属含量和高康拉逊残炭(“CCR”)的那些进料。沸腾床方法包含将液体，或者液体和固体的浆体，和气体的并流流动的物流通过垂直延伸的流化催化剂床。该催化剂是通过向上流动的液体物流来流化和完全混合的。沸腾床方法在转化和升级重质液烃和将煤转化成为合成油方面具有工业应用。
沸腾床反应器和相关的方法是本领域技术人员公知的，并且通常描述在Johanson的US专利No.25770中，其在此引入作为参考。简言之，将烃液体和氢气的混合物向上以一定的速度穿过催化剂粒子床，使得在液体和气体向上穿过所述床时迫使所述粒子处于无规运动中。该催化剂床运动是通过循环的液体流动来控制的，以使得在稳态时，催化剂本体没有上升高过反应器中可限定的水平。蒸气以及被加氢的液体穿过催化剂粒子的上限水平，进入基本上无催化剂的区域，并且从反应器上部取出。
沸腾床反应器通常是在相对高的温度和压力运行，以便来加工这些重质原料。因为这样的运行参数显著提高了反应器设计和构建成本，因此有利的是具有这样一个系统，在其中整体的设计和制造成本对于特定的原料或者原料成分而言是优化的。这种优化将产生更低的初期投资和更低的年运行成本。
典型的，将加工常压或者减压渣油的多级沸腾床顶部物流合并，并且送到另外的分离步骤，包括轻质液体的回收和再循环气体(其包含任何的未反应的氢气)的制备。但是，这不是热有效率的，因为它需要对物流减压，冷却和分馏，导致能量损失。
备选地，含有大量未反应的氢气的合并的分离器顶部物质可以被送到固定床或者沸腾床加氢处理器或者加氢裂化器中，来加氢加工包含在高压蒸气中的液体加上任何外部的或者再循环的蒸馏物或者VGO。但是，甚至少量所夹带的减压渣油和/或微细物将导致固定床不能加工这种进料。此外，如果进料速率很高，和如果大量的外部物流也需要加氢加工，则单个沸腾床反应器未必具有足够能力来加氢加工所述物流。
所以令人期望的是具有这样的构造，其有效的整合了石油常压或者减压渣油加氢裂化和减压瓦斯油加氢处理/加氢裂化。此外，非常期望的是具有这样的构造，其克服了上述常规设计的流速限制。本发明克服了这样的限制。
作为此处使用的，术语“减压瓦斯油”(VGO)用于指这样的烃或者烃混合物，其是作为在精炼物流、石油物流或者原油物流的常规减压蒸馏过程中获得的蒸馏物物流而分离的。
作为此处使用的，术语“石脑油”指的是这样的烃或者烃混合物，其的沸点或者沸程基本上对应于在原油进料的常规常压蒸馏过程中获得的石脑油(有时候称作汽油)馏分。在这样的蒸馏中，从原油进料中分离下面的馏分：一种或者多种沸点为90-430℉的石脑油馏分，一种或者多种沸点为390-570℉(199-299℃)的煤油馏分和一种或者多种沸点为350-700℉(177-371℃)的柴油馏分。在任何具体的精炼厂中所分离的各种产物馏分的沸程将随着这样的因素而变化，例如原油源特性，精炼厂当地市场，产品价格等等。关于煤油和柴油燃料的性能更详细的内容，参考ASTM标准D-975和D-3699-83。
作为此处使用的，术语“加氢处理”指的是一种催化方法，在其中在合适的催化剂存在下，将合适的烃基进料物流与含氢气的处理气体接触，来除去杂原子例如硫和氮以及用于芳烃的某些加氢。
作为此处使用的，术语“脱硫”指的是一种催化方法，在其中在合适的催化剂存在下，将合适的烃基进料物流与含氢气的处理气体接触，来从该进料物流中除去杂原子例如硫原子。
作为此处使用的，术语“加氢裂化”指的是一种催化方法，在其中在合适的催化剂存在下，将合适的烃基进料物流与含氢气的处理气体接触，来降低该进料物流的沸点和平均分子量。
发明内容
本发明的目标是提供一种新的整合的石油渣油加氢裂化和蒸馏物减压瓦斯油加氢处理/加氢裂化工艺构造。
本发明另一个目标是提供一种在单独的蒸馏物沸腾床反应器中加工来自渣油沸腾床加氢裂化反应器的单阶段顶部蒸气的方法，来克服常规设计在高原料通过速率时的加工限制。
本发明的另一目标是提供一种独特的整合设计，其使用了蒸馏物沸腾床反应器，用于柴油和减压瓦斯油加工，来缓解与固体和减压渣油带出有关的问题，这通常对固定床反应器来说是有意义的。
本发明仍然的另一目标是提供使用单独的蒸馏物沸腾床反应器，来提供对于除了来自渣油转化步骤之外的物流的另外的加工能力，包括直馏，裂化的和FCC产物。
本发明的新特征是将重质常压或者减压渣油产物的加氢转化与减压瓦斯油加氢处理/加氢裂化整合到沸腾床反应器中。在本发明独特的构造中，将来自粗分馏器的重质渣油送向具有级间分离器的多级常压或者减压渣油转化加工。将来自减压渣油加氢转化单元之间的级间分离器的液体产物送向第二级减压渣油沸腾床加氢转化单元，用于另外的加工。将来自级间分离器的蒸气产物和来自第二级沸腾床热分离器的蒸气产物送向单独的蒸馏物沸腾床反应器。
将直馏减压瓦斯油(“VGO”)产物(例如典型地沸点处于650–975℉范围，即343-524℃的那些)与另外的VGO进料一起送向进料罐，将其用泵加压并且其后均等地(equally)送往单独的蒸馏物沸腾床单元用于加工。虽然这里有许多其他可能的构造，但是下述的构造具有两个串联运行的渣油沸腾床单元(用于加工重质渣油)和两个平行运行的蒸馏物沸腾床单元(用于加工分离器顶部蒸气和来自于多种来源的主要由VGO组成的外部进料)。
更具体地，本发明描述了一种用于整合和处理多种类型和来源的烃的方法，其包含：
一种处理含有减压渣油的重质烃进料物流的方法，其包含：
a) 将所述烃进料物流供给到第一渣油加氢转化反应级沸腾床反应器中，来提供流出物，所述烃进料物流沸点高于650℉(343℃)，并且具有50-100wt%的沸点高于975℉(524℃)的材料；和
b) 在级间分离器中分离来自第一反应级沸腾床反应器的所述流出物，在这里将所述流出物分离成为气相和液相；和
c) 将来自所述级间分离器的液相供给到第二渣油加氢转化反应级沸腾床反应器，用于另外的转化和降低杂质；和
d) 将来自所述级间分离器的气相供给到第一下游蒸馏物沸腾床反应器，用于另外的加氢转化和加氢处理；和
e) 将来自所述第二渣油加氢转化反应级沸腾床反应器的流出物通到(processing)热的高压分离器来从所述高压分离器中提供液相和气相；和
f) 将来自所述高压分离器的所述气相供给到第二下游蒸馏物沸腾床反应器，用于另外的转化和降低杂质；和
g) 分馏来自所述热的高压分离器的液相，来产生石脑油，柴油，VGO和未转化的渣油；和
h) 回收来自第一和第二蒸馏物沸腾床反应器的流出物。
优选地，该烃进料物流包含大于60wt%的沸点高于975℉(524℃)的材料，更优选地，大于70%或者大于80%或者大于90%。
在一种优选的实施方案中，还将至少一个单独来源的材料与来自所述级间分离器或者步骤f)的热高压分离器的气相一起供给到至少一个下游蒸馏物沸腾床反应器中，该单独来源的材料沸点处于减压瓦斯油范围中(650-975℉)，它可以包含沸点处于柴油范围(350-650℉，即，177-343℃)中的材料。
通常，将来自第一下游蒸馏物沸腾床反应器的流出物与来自第二下游蒸馏物沸腾床的流出物进行合并，其后送向加氢处理和产物分离。
有利地，将步骤g)的VGO物流其后再循环回到第一和/或第二蒸馏物沸腾床反应器中。
在本发明的方法中，烃进料物流的总转化百分率优选大于50wt%，和更优选大于80%，或者大于90%或者大于95%。
附图说明
图1是所述整合方法的示意性流程图，该方法用于加氢转化重质渣油和VGO 加氢裂化/加氢处理。
具体实施方式
首先将原油(10)通过粗常压分馏器(12)加工，来产生沸点高于650℉(343℃)的底部物流(14)，和轻质物流(未示出)。
将来自粗常压分馏器(12)的底部物流(14)随后送向减压分馏器(16)，来产生沸点高于975℉(524℃)的渣油进料物流(18)和沸点为650℉(343℃)-975℉(524℃)的减压瓦斯油(VGO)物流(20)。将该VGO物流(20)与来自下游分离的回收的VGO(78)和来自其他方法的VGO(24)一起供给到VGO进料罐(22)，来产生VGO进料罐物流(28)，其随后送向下文所述第一(30)和第二(32)蒸馏物沸腾床反应器。这些另外的VGO物流的沸点处于重质柴油和减压瓦斯油范围(650–1000℉，即343-538℃)内。具体地，这些物流可以包括但不限于来自直馏常压或者减压蒸馏塔的外部进料，焦化器来源的液体，溶剂脱沥青DAO，和再循环自渣油转化单元的液体产物。
该减压渣油进料物流(18)其后与氢气物流合并，并且送向第一渣油沸腾床反应器用于加氢转化。
将来自第一渣油沸腾床反应器(42)的流出物随后送向级间分离器(44)，并且分离成为气相(46)和液相(48)。级间分离器(44)是高减压渣油进料速率所必需的以及是使得设备设计所需的最初投资最小化所需要的。
气相(46)将包含石脑油，柴油，一些减压瓦斯油，和未反应的氢气。将来自级间分离器的气相(44)与一部分的VGO进料罐物流(28a)合并，并且送向第一蒸馏物沸腾床反应器(30)，用于转化和处理该柴油和减压瓦斯油。
将来自级间分离器(44)的液相(48)送向第二渣油沸腾床单元(50)，用于进一步的减压渣油加氢转化。然后将来自第二减压加氢转化沸腾床反应器(54)的流出物送向热的高压分离器(56)。
来自热的高压分离器(56)的顶部物流(60)包含产物柴油，一些VGO，和另外的未反应的氢气，其随后与一部分的VGO进料罐物流(28b)合并，并且送向第二蒸馏物沸腾床反应器单元(32)，用于柴油进一步的加氢和减压瓦斯油的加氢和加氢裂化。应当注意的是另外的再循环的或者补足的氢气(64，65)也可以加入到该第一(30)和第二蒸馏物沸腾床反应器(32)中。
该第二蒸馏物沸腾床反应器(32)是与第一蒸馏物沸腾床反应器(30)平行排列的，后者接收来自级间分离器(46)的顶部物质以及一部分的VGO进料罐物流(28a)。来自第一和第二蒸馏物沸腾床反应器的产物物流随后合并，并且送去进行产物分离，成为石脑油，柴油和未转化的VGO。
来自热的高压分离器(56)的底部物流(70)随后送向产物分离器和分馏器(72)，在这里将它分离成石脑油，柴油，未转化的渣油物流，和回收的VGO物流(78)。该回收的VGO物流(78)随后再循环回到VGO进料罐(22)，用于通过第一(30)和第二蒸馏物沸腾床反应器(32)来进一步加工。
本发明将通过下面的实施例进一步描述，其不应当解释为对本发明范围的限制。
实施例1
减压渣油原料是在串联的两级渣油沸腾床单元中加工的。向该设备中的进料速率是相对高的(>50000 BPSD)，并且接近于单个设备(single train plant)的极限。在该实施例中使用的减压渣油转化系统是渣油沸腾床反应器。除了该渣油沸腾床反应器的减压渣油进料之外，这里还有其他VGO沸程原料(直馏，焦化器VGO和FCC循环油)，其也需要加氢处理，并且期望的是在单独的蒸馏物沸腾床反应器中，将这些物流与渣油沸腾床顶部材料(其包含产物柴油和减压瓦斯油)一起加工。用于该实施例的原料汇总在表1中。
这种高的进料速率和对于最小化初期投资的需要使得使用级间分离成为必要，在这里使用在渣油沸腾床反应器之间的单独(separate)容器来从第一级流出物中除去气体和未反应的氢气。来自该级间分离器的液体是第二级渣油沸腾床反应器的进料。将来自该第二级流出物的混合相反应器产物在热的高压分离器中分离。来自该热的高压分离器的液体是最终的重质液体产物，其包含全馏程转化液体，并且送向下游分离和分馏。
在本发明的构造中，将该两个渣油沸腾床反应器顶部物流合并，并且送向另外的分离步骤，包括轻质液体的回收和再循环的未反应的氢气的制备。备选地，该合并的顶部物流可以送到固定床或者沸腾床加氢处理器或者加氢裂化器，来加氢加工包含在该高压蒸气中的液体加上任何的外部的或者再循环的蒸馏物或者VGO。但是，由于少量的所夹带的减压渣油的存在和可能固有的或者催化剂微细物的存在，这种材料在固定床反应器系统中不能有效地加工，并且沸腾床反应器是最适当的和典型指定的。对于高容量情形和大量的外部物流也需要加氢加工的情况来说，该待加工材料的流速在单个蒸馏物沸腾床反应器中是不可能的。对于这个实施例来说，至蒸馏物沸腾床系统的C5 +液体流速接近于68000BPSD，并且汇总在表2中。这种大的进料速率在单个蒸馏物沸腾床反应器中不能充分加工，并且必须使用两个反应器。该沸腾床反应器所用的合适的加氢催化剂包括这样的催化剂，其含有镍、钴、钯、钨、钼及其组合，其担载在具有高的表面积体积比的多孔基底例如二氧化硅，氧化铝，二氧化钛或其组合上。所使用的典型的催化活性金属是钴，钼，镍和钨；但是，也可以根据应用来选择其他的金属或者化合物。
该蒸馏物沸腾床反应器的排列和原料的分配是本发明的关键要素。对于典型的排列来说，全部的渣油进料可以在串联构造的两个反应器级中加工，优选将来自第一反应器的整个流出物通入到第二反应器中。但是对于这个实例和对于许多应用来说，发现这种排列是不可行的，这归因于大的气体体积和在维持液体连续反应器系统方面的限制。合并两个热的高压分离器顶部物质，然后均等地(equally)将高压气体物流分配到平行的沸腾床反应器排列中也是技术上不可行的。
本发明所提出的方案是具有单独的蒸馏物沸腾床反应器，用于来自于渣油沸腾床转化单元的每个顶部材料。将低压外部的和再循环的液体进料在瓦斯油罐中合并，并且使用两个单独的泵，和供给到两个平行的蒸馏物沸腾床反应器，并且在有利的模式中，典型地是均等供给的。因为该级间和热的高压分离器顶部物质仅仅包含了小部分的总液体反应器进料，因此每个反应器中的运行条件和加工性能有利的是几乎相同的，来获得相同的产物品质。本发明的一个优点是由于瓦斯油进料而允许在蒸馏物沸腾床反应器中的温度低于渣油沸腾床反应器，这产生了来自渣油沸腾床反应器的气态蒸馏物更好的转化和产生了不太昂贵的整体加工二者。将全部的液体和气体产物合并，并且送到最终产物分离和分馏。来自蒸馏物沸腾床单元的合并的产率和产物品质表示在表3中。
本发明可以应用于广泛的常压/减压渣油转化应用中，包括沸腾床反应器系统，其具有包括石油常压或者减压渣油，煤，褐煤，烃废物物流或者其组合的进料物流。
本文中所述的本发明已经公开了具体的实施方案和应用。但是，这些细节并非表示限制，并且根据这样的教导，其他的实施方案对本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，应当理解附图和说明书是对本发明原理的示意，并且不应当解释为对其范围的限制。

Claims (12)

1.一种处理含有减压渣油的重质烃进料物流的方法，其包含：
a)将所述烃进料物流供给到第一渣油加氢转化反应级沸腾床反应器中，用于使减压渣油加氢裂化并且提供流出物，所述烃进料物流沸点高于650℉，并且具有50-100wt%的沸点高于975℉的材料；和
b)在级间分离器中分离来自第一渣油加氢转化反应级沸腾床反应器的所述流出物，在这里将所述流出物分离成为气相和液相；和
c)将来自所述级间分离器的液相供给到第二渣油加氢转化反应级沸腾床反应器，用于进一步转化减压渣油并且提供流出物；和
d)将来自所述级间分离器的气相供给到第一下游蒸馏物沸腾床反应器用于转化和处理柴油和减压瓦斯油；和
e)在热的高压分离器中处理来自步骤c)的所述第二渣油加氢转化反应级沸腾床反应器的流出物来提供第二液相物流和第二气相物流；和
f)将来自所述高压分离器的所述第二气相物流供给到第二下游蒸馏物沸腾床反应器，用于柴油进一步的加氢和减压瓦斯油的加氢和加氢裂化；和
g)分馏来自所述热的高压分离器的第二液相物流，来产生石脑油，柴油，VGO和未转化的渣油；和
h)回收来自第一和第二下游蒸馏物沸腾床反应器的流出物。
2.权利要求1的方法，其中该烃进料物流包含大于60wt%的沸点高于975℉的材料。
3.权利要求1的方法，其中该烃进料物流包含大于70wt%的沸点高于975℉的材料。
4.权利要求1的方法，其中该烃进料物流包含大于80wt%的沸点高于975℉的材料。
5.权利要求1的方法，其中该烃进料物流包含大于90wt%的沸点高于975℉的材料。
6.权利要求1的方法，其中还将至少一个单独来源的材料与来自所述级间分离器或者步骤f)的热高压分离器的气相一起供给到至少一个下游蒸馏物沸腾床反应器中，该单独来源的材料沸点处于减压瓦斯油范围650-975℉中，它任选地包含沸点处于柴油范围350-650℉中的材料。
7.权利要求1的方法，其中将来自第一下游蒸馏物沸腾床反应器的流出物与来自第二下游蒸馏物沸腾床的流出物进行合并，其后送向加氢处理和产物分离。
8.权利要求1的方法，其中将步骤g)的VGO物流其后再循环回到第一和/或第二下游蒸馏物沸腾床反应器中。
9.权利要求1的方法，其中该烃进料物流的总转化百分率大于50wt%。
10.权利要求1的方法，其中该烃进料物流的总转化百分率大于80wt%。
11.权利要求1的方法，其中该烃进料物流的总转化百分率大于90wt%。
12.权利要求1的方法，其中该烃进料物流的总转化百分率大于95wt%。
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