ОБЪЕДИНЕНИЕ В ОДИН ПРОЦЕСС СТАДИЙ ДЕАСФАЛЬТИЗАЦИИ И ГИДРООБРАБОТКИ СМОЛЫ И ЗАМЕДЛЕННОГО КОКСОВАНИЯ
COMBINING DEASPALTIZATION STAGES AND HYDRAULIC PROCESSING OF RESIN AND SLOW COKING IN ONE PROCESS

В соответствии с 35 U.S.С. p. 119(e) настоящая заявка претендует на приоритет согласно предварительной заявке США на патент №61/612855, поданной 19 марта 2012 г., которая включена в данную заявку полностью посредством отсылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится к деасфальтизации растворителями тяжелых нефтяных продуктов в сочетании с гидрообработкой смолы и с замедленным коксованием.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Обычно процесс деасфальтизации растворителями (SDA) используется на нефтеперерабатывающих заводах с целью экстракции ценных соединений из кубовых остатков, которые представляют собой тяжелые углеводороды, получающиеся в качестве побочного продукта при переработке сырой нефти. Экстрагированные компоненты подаются назад на нефтеперерабатывающий завод, где они превращаются в ценные, более легкие фракции, такие как бензин. Подходящие кубовые остатки, которые могут быть использованы в процессе SDA, включают, например, остатки со дна колонны атмосферной перегонки, остатки со дна колонны вакуумной перегонки, сырую нефть, отбензиненную нефть, сырую нефть из битумного угля, сырую нефть битуминозных сланцев и нефтяные продукты, выделенные из смолянистых песков.
При осуществлении типичного процесса SDA растворитель легких углеводородов добавляют к кубовым остаткам, полученным на нефтеперерабатывающем заводе, и смесь обрабатывается в устройстве, которое можно назвать сепаратором асфальтенов. Обычно такие растворители включают легкие парафиновые углеводороды. Примерами легких парафиновых углеводородов являются, но без ограничения, пропан, бутан, изобутан, пентан, изопентан, неопентан, гексан, изогексан, гептан и подобные известные растворители, применяемые при деасфальтизации, и их смеси. При повышенных температурах и давлении смесь в сепараторе асфальтенов разделяется на совокупность жидких потоков, а именно, обычно практически не содержащий асфальтена поток деасфальтированной нефти (DAO), смолы и растворитель, а также смесь асфальтена и растворителя, в которой может быть растворено некоторое количество DAO.
Сразу же после удаления асфальтенов практически не содержащий асфальтена поток деасфальтированной нефти (DAO), смолы и растворитель обычно направляются в систему регенерации растворителей. Система регенерации растворителей в установке SDA позволяет экстрагировать часть растворителя из обогащенного растворителем DAO путем выпаривания растворителя, обычно с применением пара или горячей нефти из печей прямого нагрева. Испарившийся растворитель затем конденсируется и возвращается в цикл для использования в установке SDA.
Часто бывает выгодно отделить смолу из потока смеси DAO/смола. Это обычно осуществляют до удаления растворителя из DAO. Термин "смолы", используемый в данной заявке, означает смолы, которые были выделены и получены на установке SDA. Эти смолы обычно плотнее или тяжелее, чем деасфальтированная нефть, но легче, чем упомянутые выше асфальтены. Смолистые продукты обычно содержат больше ароматических углеводородов в основном с алифатическими замещенными боковыми цепями и могут также содержать металлы, такие как никель и ванадий. Обычно такие смолы содержат вещество, из которого были удалены асфальтены и DAO.
Сырая нефть содержит гетероатомные полиароматические молекулы, которые включают вещества, такие как сера, азот, никель, ванадий и другие в количествах, которые могут неблагоприятно влиять на процесс переработки сырых нефтяных фракций. Легкая сырая нефть или конденсаты содержат очень мало серы, около 0.01% по весу (вес. %). В противоположность этому тяжелые сорта сырой нефти и тяжелые нефтяные погоны содержат серу в высокой концентрации, порядка 5-6 вес. %. Подобным образом содержание азота в сырой нефти может составлять 0.001-1.0 вес. %. Эти примеси должны быть удалены во время переработки для того, чтобы нефтяные продукты отвечали требованиям, предъявляемым согласно природоохранному законодательству к конечным продуктам (например, к бензину, дизельному топливу, котельному топливу) или к промежуточным продуктам переработки, которые должны обрабатываться для дальнейшего облагораживания, такого как изомеризация или риформинг. Кроме того, известно, что такие загрязняющие вещества как азот, сера и тяжелые металлы, дезактивируют или отравляют катализаторы и поэтому должны быть удалены.
Асфальтены, которые являются твердыми по природе и содержат полициклические ароматические соединения в растворе ароматических соединений с небольшими молекулами и смол, также содержатся в сырой нефти и в тяжелых фракциях в различных количествах. Во всех конденсатах или в легких фракциях нефти асфальтены не содержатся; однако они содержатся в довольно больших количествах в тяжелых нефтяных фракциях и в нефтяных погонах. Асфальтены представляют собой нерастворимые компоненты или фракции, и их концентрации определяются как количество асфальтенов, осадившихся при добавлении н-парафинового растворителя к исходному сырью.
На типичном нефтеперерабатывающем заводе сырую нефть вначале фракционируют в дистилляционной колонне атмосферной перегонки для отделения сернистого нефтяного газа, включающего метан, этан, пропаны, бутаны и сероводород, нафту (температура кипения 36-180°С), керосин (температура кипения 180-240°С), газойль (температура кипения 240-370°С) и атмосферный остаток, который содержит углеводородные фракции, кипящие выше 370°С. Атмосферный остаток из дистилляционной колонны атмосферной перегонки или используется как тяжелое жидкое топливо, или направляется на установку вакуумной перегонки в зависимости от конфигурации нефтеперерабатывающего завода. После вакуумной перегонки основными продуктами являются вакуумный газойль, представляющий собой углеводороды, кипящие в пределах 370-520°С, и вакуумный остаток, содержащий углеводороды, кипящие выше 520°С.
Потоки нафты, керосина и газойля, полученные из сырой нефти или других природных источников, таких как сырая нефть битуминозных сланцев, битумы или смолянистые пески, обрабатываются для удаления загрязняющих веществ, таких как сера, чтобы конечный (-е) продукт (-ы) удовлетворял (-и) совокупности спецификаций. Гидрообработка является наиболее распространенным методом очистки, который применяется для удаления указанных загрязняющих веществ. Вакуумный газойль обрабатывается на установке гидрокрекинга для получения бензина и дизеля или на установке каталитического крекинга в жидкой фазе (FCC), в основном для получения бензина, легкого рециклового газойля (LCO), тяжелого рециклового газойля (НСО) в качестве побочных продуктов, причем первый применяется как компонент смешения или в резервуаре для дизельного топлива, или в тяжелом жидком топливе, а последний направляется непосредственно в резервуар для тяжелого жидкого топлива.
Существуют различные возможности обработки вакуумных кубовых остатков, включая гидрообработку (в том числе, и гидрообработку кубовых остатков, и гидрокрекинг кубовых остатков, что включает применение как реактора кипящего слоя, так и суспензионного реактора, коксование, легкий крекинг (висбрекинг), газификацию и деасфальтизацию растворителями. Деасфальтизация растворителями (SDA) является хорошо разработанным способом разделения кубовых остатков и широко применяется во всем мире. При осуществлении SDA могут получаться два и иногда три компонента, то есть может быть двухступенчатый процесс SDA или трехступенчатый процесс SDA. В процессе SDA обогащенная асфальтенами фракция (пек), содержащая примерно 6-8 вес. % водорода, отделяется из вакуумного остатка при осуществлении контакта с парафиновым растворителем (с углеродным числом 3-8) при повышенных температуре и давлении. Отделенная деасфальтированная фракция нефти (DAO), содержащая примерно 9-11 вес. % водорода, характеризуется как фракция тяжелых углеводородов, не содержащая асфальтенов, и она может быть направлена на другие установки конверсии, такие как установка гидрообработки (включая гидрообработку и гидрокрекинг) или на установку каталитического крекинга в жидкой фазе (FCC) для дальнейшей обработки.
Выход DAO обычно зависит от ограничений по свойствам исходного сырья, например, от содержания металлорганических соединений и углеродного остатка Конрадсона (CCR), в процессах последующей обработки продуктов. Эти ограничения обычно ниже максимального количества выделяемой в процессе SDA DAO (см. Таблицу 1 и Фигуру 1). В Таблице 1 приведены типичные величины выхода продуктов, получаемых в процессе SDA. Если выход DAO может быть увеличен, общий выход ценных транспортных топлив в расчете на кубовые остатки может быть повышен и также может быть увеличена экономичность процесса SDA. Параллельное преимущество появляется при комбинации SDA с последующим замедленным коксованием. Получение максимальной величины выхода DAO обеспечивает максимальную каталитическую конверсию кубовых остатков по сравнению с термической конверсией, что бывает в случае замедленного коксования.
Даже без ограничений в процессе последующей обработки стоимость гидрообработки DAO может быть очень высокой. При рассмотрении свойств DAO и ее состава (см. Таблицу 2) можно видеть, что нижняя фракция DAO, обычно называемая фракцией смолы, определяет степень серьезности неисправности и стоимость установки гидрообработки. Следовательно, желательно осуществлять обработку фракции смолы отдельно экономичным способом.
Для случаев, когда только последующая гидрообработка предусматривает гидрокрекинг, количество DAO гораздо более ограничено. Даже в случае гидрообработки смолы поток гидрообработанной смолы может не подходить как вакуумный газойль (VGO) в качестве исходного сырья для установки гидрокрекинга. Следовательно, дальнейшее селективное разделение потока гидрообработанной смолы будет благоприятным для получения дополнительного количества VGO в качестве исходного сырья для установки гидрокрекинга, когда гидрокрекинг осуществляют в процессе дальнейшей обработки.
Селективное разделение потока гидрообработанной смолы будет благоприятным также для получения дополнительного количества исходного сырья FCC, когда FCC имеет ограничения по свойствам, и для получения максимальных выходов очень ценных продуктов из FCC.
Следовательно, желательно обрабатывать фракцию смолы отдельно экономичным способом для уменьшения тенденции к коксованию потока смолы до того, как он обрабатывается в установке коксования замедленного действия. Это должно повысить выходы ценных транспортных топливных продуктов и снизить образование кокса, что повысит экономичность процессов SDA и экономичность коксования.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Один из вариантов настоящего изобретения относится к способу деасфальтизации растворителями, который включает введение исходного углеводородного сырья, содержащего асфальтены, в смеситель; разделение деасфальтированной нефти на нефтяную фракцию и фракцию смолы в процессе деасфальтизации растворителями; гидрообработку фракции смолы в процессе гидрообработки определенных смол; объединение стадии отделения смолы в процессе деасфальтизации растворителями с процессом гидрообработки смол и обработку гидрообработанной смолы в установке коксования замедленного действия.
Другой вариант данного изобретения предусматривает способ объединения в одном процессе деасфальтизации растворителями и гидрообработки смолы, который включает добавление растворителя к потоку тяжелых углеводородов, содержащему асфальтены, смолу и нефть; удаление асфальтенов из потока тяжелых углеводородов с целью получения потока асфальтенов, практически не содержащего растворителя, и растворителя, практически не содержащего асфальтены, а содержащего растворитель, смолу и нефть; нагревание растворителя для осаждения смолы; отделение смолы из растворителя, получение смолы и смеси, содержащей нефть и растворитель; нагревание смеси для испарения части растворителя; удаление части испарившегося растворителя из смеси с получением деасфальтированного нефтяного продукта, не содержащего смолы; гидрообработку смолы с получением гидрообработанного кубового остатка или же термический крекинг смолы; и замедленное коксование гидрообработанного кубового остатка.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ
Фигура 1 иллюстрирует качество деасфальтированной нефти по сравнению с кубовыми остатками и выход в соответствии с одним из вариантов данного изобретения.
На Фигуре 2 показана схема двухступенчатого процесса деасфальтизации в соответствии с одним из вариантов данного изобретения.
На Фигуре 3 показана схема трехступенчатого процесса деасфальтизации в соответствии с одним из вариантов данного изобретения.
На Фигуре 4 показана схема получения смолы в соответствии с одним из вариантов данного изобретения.
На Фигуре 5 показана схема гидрообработки в соответствии с одним из вариантов данного изобретения.
На Фигуре 6 показана интеграция (объединение в один процесс) процесса деасфальтизации и процесса коксования в соответствии с одним из вариантов данного изобретения.
На Фигуре 7 показана интеграция (объединение в один процесс) процесса деасфальтизации и процесса гидрообработки смолы и схема коксования в соответствии с одним из вариантов данного изобретения.
Фигура 8А иллюстрирует интегрированный процесс деасфальтизации вместе со стадией гидрообработки смолы, стадией селективного отделения смолы и схему коксования в соответствии с одним из вариантов данного изобретения.
Фигура 8A иллюстрирует интегрированный процесс деасфальтизации вместе со стадией термического крекинга, стадией селективного отделения смолы и схему коксования в соответствии с одним из вариантов данного изобретения.
На Фигуре 9 показан процесс деасфальтизации растворителями вместе со стадией коксования с нулевым рециклом, который интегрирован в процесс отделения более тяжелого HCGO (рециклового газойля) в соответствии с одним из вариантов данного изобретения.
На Фигуре 10 показано влияние гидрообработки смолы на выход кокса в соответствии с одним из вариантов данного изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПРИМЕРНЫХ ВАРИАНТОВ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Один из вариантов данного изобретения предусматривает процесс, включающий несколько стадий, который позволяет увеличить выход DAO до предельных значений в процессе последующей обработки или исходного сырья FCC. На Фигуре 1 показаны загрязнения в DAO по сравнению с выходом DAO в случае различных типов кубовых остатков.
В соответствии с одним из вариантов данного изобретения повышение выхода DAO достигается при осуществлении процесса, включающего стадии разделения DAO на две фракции в процессе деасфальтизации (SDA), а именно, на DAO и смолы; гидрообработки смол в процессе гидрообработки выбранных смол; интеграцию (объединение) секции выделения смол в процессе SDA со стадией гидрообработки смол и селективное отделение потока гидрообработанной смолы.
На Фигуре 2 показан двухстадийный процесс SDA, когда два продукта представляют собой DAO и пек (фракцию, обогащенную асфальтенами).
Другой вариант данного изобретения предусматривает трехстадийный процесс SDA, в результате которого получаются DAO, пек и смола. Для получения промежуточного смолистого продукта требуется соответствующая схема (Фигура 3). Дополнительное оборудование включает отстойник смолы, расположенный между экстракционной колонной и сепаратором для DAO-растворителя, дополнительные теплообменники и стриппинг-колонну для удаления захваченного растворителя из смолистого продукта (Фигура 4).
2
Согласно одному из вариантов данного изобретения гидрообработка кубовых остатков осуществляется при повышенном парциальном давлении водорода в пределах от примерно 800 до примерно 2500 ф/дюйм. В соответствии с другими вариантами изобретения гидрообработку проводят при температурах в пределах от примерно 650 (343°C) до примерно 930°F (499°C). Согласно другим вариантам настоящего изобретения стадии гидрообработки осуществляют с применением катализатора на основе одного или более металлов. Примеры катализаторов на основе металлов, используемых согласно данному изобретению, включают катализаторы, содержащие железо, никель, молибден и кобальт. Катализаторы на основе металлов, используемые согласно данному изобретению, ускоряют как удаление загрязнений, так и крекинг кубовых остатков с получением малых молекул, которые содержатся в реакторе гидрообработки. Условия осуществления процесса, используемые согласно данному изобретению, включающие температуру, давление и катализатор, меняются в зависимости от природы исходного сырья.
Реактор гидрообработки может представлять собой или реактор с неподвижным слоем катализатора с нисходящим потоком сырья, который содержит катализатор в реакторе, где основной целью является гидрообработка; или реактор кипящего слоя с восходящим потоком сырья, где катализатор суспендирован и может быть добавлен и удален, пока реактор работает, где основной целью является конверсия в некоторой степени и гидрообработка; или суспензионный реактор с восходящим потоком сырья, где катализатор добавляется к сырью и выходит вместе с полученным продуктом из верхней части реактора, где основной целью является конверсия.
Применяемый в данной заявке термин "гидрообработка" относится к любому из нескольких химических технологических процессов, включая гидрирование, гидрокрекинг и гидрообработку. Каждая из упомянутых реакций гидрообработки может осуществляться с использованием реакторов гидрообработки, описанных выше.
Для проведения процесса гидрообработки может потребоваться дополнительное оборудование, такое как насосы, теплообменники, подогреватель питательного сырья реакторной установки, оборудование для разделения и фракционирования и т.п. На Фигуре 5 показаны ключевые стадии процесса гидрообработки в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения. В зависимости от назначения схема может быть изменена, однако, требуются ключевые стадии нагрева сырья, проведения реакции и отделения продуктов, добавления газа, обогащенного водородом, и рецикла.
Согласно одному из вариантов данного изобретения стадия гидрообработки следует за стадией SDA. Гидрообработке подвергаются фракции смолы. В случае такого подхода полностью реализуются преимущества, касающиеся величины выхода продуктов.
Согласно одному из вариантов данного изобретения стадия SDA сочетается с процессом коксования. Как показано на Фигуре 6, пек со стадии SDA сразу же направляется в установку для замедленного коксования. Согласно другому варианту, показанному на Фигуре 7, процесс представляет собой комбинацию трехстадийного SDA с гидрообработкой смолы, после чего гидрообработанные смолы направляются вместе с пеком в установку для замедленного коксования.
На Фигуре 8А показан альтернативный вариант изобретения, согласно которому происходит селективное выделение гидрообработанной смолы в третьей экстракционной колонне SDA. Смолистый пек затем соединяется с потоком пека из SDA и направляется в установку для замедленного коксования, а смолы DAO соединяются с DAO стадии SDA для обработки при последующей конверсии VGO.
На Фигуре 8A показан альтернативный вариант изобретения, согласно которому установка для гидрообработки смолы заменена на установку термического крекинга смолы. Остатки, подвергнутые термическому крекингу, затем выделяются в третьей экстракционной колонне SDA.
Еще один альтернативный вариант данного изобретения показан на Фигуре 9, где самый тяжелый жидкий продукт направляется из установки для замедленного коксования вверх в установку для SDA для дальнейшего отделения исходного сырья для дополнительной конверсии VGO.
Согласно одному из вариантов данного изобретения по сравнению с замедленным коксованием вакуумного остатка добавление стадии SDA до осуществления процесса замедленного коксования снижает образование кокса примерно на 19 вес. %, причем ограничение выхода DAO составляет примерно 50 вес. % в ходе последующего процесса гидрокрекинга VGO. В этом случае отвода смолы выход кокса уменьшается еще на 15 вес. %, то есть всего примерно на 35 вес. % по сравнению с переработкой 100% вакуумного остатка (Фигура 10).
Вышеуказанные условия представляют собой пример для конкретного сырья и нефтеперерабатывающего завода. Конкретные величины выхода продуктов при предложенном отводе смолы могут иметь различные значения.
Согласно еще одному варианту настоящего изобретения получение наиболее желательных продуктов, таких как транспортные топлива, происходит, когда поток смолы обрабатывается на последующей стадии каталитической конверсии. Как показано в Таблице 3, выходы жидких продуктов обычно увеличиваются на 5-8 вес. %, выход легких углеводородов уменьшается примерно на 2-3 вес. %, и чистый вес получаемого кокса уменьшается примерно на 4 вес. %. Следует отметить, что величины выхода продуктов, полученных при осуществлении способа по изобретению, зависят от природы исходного сырья и условий процесса.
Согласно другому варианту настоящего изобретения селективная гидрообработка потока смолы приводит к снижению общих расходов вследствие того, что удается избежать жесткости рабочих условий VGO и жесткости рабочих условий гидрокрекинга DAO.
В соответствии с некоторыми вариантами настоящего изобретения в случае, когда имеются ограничения по качеству исходного сырья для стадии гидрокрекинга VGO, гидрообработанные смолы разделяются в экстракционной колонне на потоки гидрообработанной смолы DAO и гидрообработанного смолянистого пека. Высота подачи в этой экстракционной колонне определяется качеством сырья из установки для гидрокрекинга VGO. Обычно выход DAO составляет более 50 вес. % в расчете на поток гидрообработанной смолы. В Таблице 4 приводится сравнение величин выходов в процессе SDA и в соединенном процессе SDA и гидрокрекинга смолы с селективными величинами выхода для типичного сероводородсодержащего вакуумного продукта. Количество сырья для гидрокрекинга увеличивается на 12 вес. % вакуумного кубового остатка и потенциальный выход кокса при коксовании пека SDA уменьшается еще на 13 вес. %.
Согласно одному из вариантов данного изобретения интеграция стадий нагрева и удаление лишнего оборудования между стадией SDA и установкой для гидрокрекинга смол обеспечивает снижение общих капитальных и рабочих расходов для обоих процессов.
Способ согласно данному изобретению описан и объяснен со ссылками на схемы, представленные на Фигурах. Специалистам в данной области очевидно, что возможны дополнительные изменения и модификации на основе приведенного выше описания и с учетом объема настоящего изобретения, определяемого формулой изобретения, приведенной ниже.