Устройство и способ гидроконверсии тяжелых нефтепродуктов
DEVICE AND METHOD FOR HEAVY OIL PRODUCTS HYDROCONVERSION

Настоящее изобретение относится к устройству и способу гидроконверсии тяжелых нефтепродуктов.
Указанное устройство применимо во всех промышленных контекстах, в которых необходимо использовать тяжелые нефтепродукты, например, на нефтеперерабатывающих заводах.
В данной патентной заявке тяжелые нефтепродукты относятся к сырой нефти, тяжелой сырой нефти, битумам из битуминозных песков, остаткам перегонки, тяжелым погонам, остаткам деасфальтизации, синтетическим маслам, продуктам процесса Фишера-Тропша, растительным маслам, нефтепродуктам из кокса и битуминозных сланцев, жидким топливам, полученным путем теплового разложения отходов, полимеров, биомассы.
В данной патентной заявке фаза суспензии означает смесь жидкости и твердого вещества.
В данной патентной заявке двухфазная текучая среда означает текучую среду, которая содержит паровую фазу и фазу суспензии.
В данной патентной заявке все включенные в текст рабочие условия необходимо рассматривать как предпочтительные условия, даже если это специально не указано.
Для целей этого текста термины «содержит» или «включает» также включают термины «состоит из» или «в основном состоящий из».
Для целей этого текста определения интервалов всегда включают крайние значения, если не указано другое.
Гидроконверсию тяжелых нефтепродуктов можно выполнять путем внедрения различных технологических схем. Основным элементом технологии является реактор гидроконверсии, который может быть реактором с неподвижным слоем, реактором с кипящим слоем или реактором суспензионного типа. В суспензионном реакторе катализатор диспергирован в реакционных средствах и однородно распределен в самом реакторе.
Возможная конфигурация процесса гидроконверсии тяжелых нефтепродуктов заключается в суспензионной технологии Eni Slurry Technology, собственность Eni, и известна под акронимом EST. В этой конфигурации предусмотрен реактор гидроконверсии, загруженный катализатором на основе молибдена с такими размерами, чтобы быть полностью диспергированным в реакционных средствах, так чтобы быть способным функционировать в фазе суспензии с получением двухфазного верхнего выходящего потока, который затем направляют в фазовый сепаратор высокого давления и высокой температуры (ВД/ВТ).
Паровую фазу на выходе сепаратора ВД/ВТ направляют в секцию для извлечения, посредством конденсации, лигроина, атмосферного газойля (АГО), вакуумного газойля (ВГО) и обессеренного богатого водородом потока, содержащего C1 - С4 газ, который рециркулируют в реактор, исключая часть, отобранную для предотвращения накопления C1 - С4 газов. Нижний поток на выходе сепаратора ВД/ВТ является суспензионной фазой, в которой твердая фракция также содержит катализатор. Суспензионный поток направляют в ряд сосудов с пониженным давлением и температурой, например, сепаратор среднего давления, атмосферную колонну и вакуумную колонну, с целью отделения ВГО от более тяжелых продуктов. Из последних, содержащих непревращенную загрузку вместе с катализатором и твердым веществом, образованным в течение реакции, одну часть рециркулируют в реактор, а остаток удаляют из процесса в виде сливного потока.
Продукты реакции процесса EST также можно получить исключительно в паровой фазе, как происходит в процессе EST Vapor Phase Outflow (EST-VPO), описанном в различных патентных заявках, согласно прогрессивному развитию технологии. Ниже заявитель представит краткое содержание патентных заявок, в которых применяют технологию EST-VPO.
3
3
В WO 2008/141830 описан способ гидроконверсии тяжелых нефтепродуктов, в котором реакция происходит в реакторе накопления твердого вещества типа колпачковой колонны, способном накапливать по меньшей мере 50 кг/м, питаемом водородом или смесью водорода и серной кислоты, в котором водород имеет массовое отношение по отношению к загрузке, составляющее по меньшей мере 0,3. Концентрация молибдена, используемого в качестве катализатора, составляет по меньшей мере 5 кг на каждый м реакционных средств.
В WO 2008/141831 описана система гидроконверсии тяжелых нефтепродуктов, которая состоит из реактора накопления твердого вещества и отпарной секции, внешней или внутренней по отношению к реактору. Когда отпарная секция является внутренней, реактор можно полностью или частично заполнить, и отпарную секцию можно расположить в верхней части реактора или ниже по потоку от трубопровода, внутреннего по отношению к реактору. Когда отпарная секция является внешней, полностью заполненный реактор обеспечивает контур усиленной рециркуляции жидкой фазы в самом реакторе. Более того, возможно, что ниже по потоку от реактора присутствует сепаратор жидкости и пара.
В WO 2016/103199 описана система гидроконверсии тяжелых нефтепродуктов, содержащая реактор, сепаратор жидкости и пара и отпарную секцию продуктов конверсии, внешнюю по отношению к реактору. Отпарной газ вводят непосредственно в выходящий поток реакции через впускной трубопровод отпарного газа, расположенный в точке соединительного трубопровода между крышкой реактора и сепаратором жидкости и пара, причем указанный соединительный трубопровод наклонен, по меньшей мере начиная от точки входа, по направлению вверх с наклоном от 2% до 20% по отношению к горизонтальной плоскости. Впускной трубопровод отпарного газа наклонен по отношению к оси соединительного трубопровода между крышкой реактора и сепаратором жидкости и пара под углом от 20° до 65°. Поток отпарного газа, который вводят в соединительный трубопровод между крышкой реактора и сепаратором, направлен вниз. После отпаривания выходящий поток направляют в фазовый сепаратор ВД/ВТ для отделения жидкой фазы, содержащей небольшое количество твердых веществ (тех, которые образованы в течение реакции, и диспергированный катализатор), которую рециркулируют в реактор, и паровой фазы, содержащей продукты реакции.
Посредством внедрения технологической схемы EST-VPO можно предотвратить использование секций низкого давления, которые могли бы вызывать образование кокса вне реактора. Однако это подразумевает уменьшение производительности установки.
В присутствии катализатора и в отсутствие водорода при более низких давлениях, чем давление в реакторе, экспериментально было обнаружено, что могут происходить реакции дегидрирования, что приводит к получению водорода и кокса. Высокая температура, низкое давление и высокие времена пребывания в застойных зонах в сосудах перегоняемой жидкости могут вызывать образование твердых веществ вне реактора такого же порядка величины, как и в реакторе. Более того, если это не учитывают в ходе конструирования посредством выбора надлежащего размера вакуумного блока, образование водорода на дне вакуумной колонны может оказывать значительное воздействие на способность колонны к фракционированию.
2
Путем внедрения технологической схемы EST-VPO, согласно которой продукты реакции получают только в паровой фазе, после разделения ВД/ВТ фаза суспензии ограничена зоной высокого парциального давления Н, что устраняет все проблемы, связанные с дегидрированием и с образованием твердого продукта вне реактора. Однако, вместе с этим преимуществом, производительность установки EST-VPO с непосредственной рециркуляцией из сепаратора ВД/ВТ при той же температуре реакции значительно ниже, чем производительность установки EST с рециркуляцией из вакуумной колонны. Потерю загрузки можно компенсировать путем повышения температуры реакции, даже если это подразумевает повышение образования твердого вещества в реакторе.
Для решения этих технических проблем заявитель обнаружил, что путем замены сепаратора ВД/ВТ соответствующей отпарной колонной высокого давления и высокой температуры можно повысить способность к конверсии установки гидроконверсии тяжелых нефтепродуктов согласно конфигурации EST-VPO.
Поэтому настоящая патентная заявка относится к устройству для гидроконверсии тяжелых нефтепродуктов, которые составляют свежую загрузку, причем устройство содержит:
барботажный колонный суспензионный реактор гидроконверсии, который содержит питающий трубопровод, в котором транспортируют свежую загрузку и рециркулируемую фазу суспензии, впускной трубопровод для потока гидрирования и выход для выходящего потока реакции,
отпарную колонну при высоком давлении и высокой температуре, размещенную ниже по потоку от реактора и непосредственно соединенную с верхней крышкой реактора посредством трубопровода, в котором течет выходящий поток реакции, причем указанная колонна имеет впускной трубопровод для отпарного газа, вход для выходящего из реактора потока, выход в головной части для пара и выход в нижней части колонны для фазы суспензии,
трубопроводы и средства для рециркуляции суспензии, выходящей из отпарной колонны,
трубопроводы и средства для отбора сливного потока, который имеют функцию предотвращения накапливания твердых веществ в реакторе,
и указанная отпарная колонна характеризуется тем, что она содержит одно или более контактных устройств, которые обеспечивают физический контакт, создаваемый между различными фазами.
Поэтому настоящая патентная заявка дополнительно относится к способу гидроконверсии тяжелых нефтепродуктов, которые составляют свежую загрузку, причем указанный способ включает следующие стадии:
проведение в по меньшей мере одном реакторе гидроконверсии реакции сырья, которое включает свежее сырье и рециркулируемую суспензию, с водородсодержащим газом в присутствии подходящего катализатора гидрирования с получением таким образом двухфазного выходящего потока,
затем направление непосредственно указанного выходящего потока реакции на стадию отпаривания при высоком давлении и высокой температуре, которое действует при давлении реакции, за исключением потерь загрузки вдоль трубопровода, в котором течет выходящий поток реакции, подачу в качестве отпарного газа потока, имеющего тот же состав, что и газ, подаваемый в реактор, и получение таким образом потока в паровой фазе и потока в фазе суспензии, содержащего тяжелые компоненты и твердые продукты,
непрерывное рециркулирование в реактор гидроконверсии суспензии, отделенной на стадии отпаривания, и
непрерывный отбор сливного потока.
Преимущество внедрения технологической схемы способа EST-VPO с присутствием отпарной колонны ВД/ВТ по сравнению с обычной схемой EST состоит в удалении секций низкого давления, в ином случае необходимых для извлечения продуктов реакции, которые работают в присутствии катализатора и в отсутствие водорода и которые могут привести к образованию кокса вне реактора.
Секции низкого давления обычно являются атмосферными и/или вакуумными дистилляционными колоннами или последовательностью сепараторов при различных и уменьшающихся давлениях.
Как обнаружено экспериментально, в секциях низкого давления, и в особенности в вакуумной секции, могут происходить реакции дегидрирования, что приводит к получению водорода и кокса.
Высокая температура, низкое давление и высокие времена пребывания в застойных зонах сосудов перегоняемой жидкости могут вызывать образование твердых веществ вне реактора такого же порядка величины, как и в реакторе. Более того, образование водорода на дне вакуумной дистилляционной колонны может оказывать значительное воздействие на способность колонны к фракционированию.
2
Путем внедрения технологической схемы способа EST-VPO, которая обеспечивает получаемые продукты реакции только в паровой фазе, после разделения в отпарной колонне ВД/ВТ фаза суспензии ограничена зоной высокого парциального давления Н, что устраняет все проблемы, связанные с дегидрированием и с образованием твердого продукта вне реактора.
Как продемонстрировано ниже, посредством описанных и заявленных устройства и способа обнаружена более высокая эффективность путем внедрения отпарной колонны ВД/ВТ вместо сепаратора ВД/ВТ, так как более легкие продукты, содержащиеся в жидкой фракции выходящего потока реакции, отпаривают в паровой фазе из отпарного газа, создавая новое равновесие жидкости и пара, которое способствует обогащению паровой фазы более тяжелыми продуктами. Путем использования сепаратора ВД/ВТ, который работает при температуре и давлении, приблизительно соответствующих температуре и давлению реакционной колонны, существует только разделение жидкой и паровой фазы, с составами, одинаковыми при равновесии жидкости и пара с потоком, покидающим верхнюю часть реактора.
Дополнительные цели и преимущества настоящего изобретения станут яснее из последующего описания и приложенных чертежей, приведенных только в целях неограничивающей иллюстрации.
На Фиг. 1 показано предпочтительное воплощение описанного и заявленного устройства гидроконверсии, где (А) является реактором гидроконверсии, (В) является отпарной колонной, (4) является гидрирующим потоком, предпочтительно содержащим смесь водорода, метана, этана, пропана и бутана, (1) является свежей загрузкой тяжелых нефтепродуктов, (5) является двухфазным выходящим потоком реакции, (6) является отпарным газом, (8) является потоком в паровой фазе, содержащим легкие продукты гидроконверсии, (7) является потоком в фазе суспензии, содержащим тяжелые продукты и твердые вещества, (3) является сливным потоком, (2) является частью, рециркулируемой в реактор.
На Фиг. 2 показана имитационная модель устройства гидроконверсии согласно существующему уровню техники, где (А) является реактором гидроконверсии, (S) является сепаратором, (1) является свежей загрузкой тяжелых нефтепродуктов, (4) является гидрирующим потоком, предпочтительно содержащим смесь водорода, метана, этана, пропана и бутана, (5) является двухфазным выходящим потоком реакции, (10) является отделенной фазой суспензии, (9) является отделенной паровой фазой, (3) является сливным потоком, (2) является частью фазы суспензии, рециркулируемой в реактор.
На Фиг. 3 воспроизведена имитационная модель устройства гидроконверсии согласно Фиг. 1, где отпарная колонна изображена посредством зоны (S) разделения и отпарной зоны (Е).
На Фиг. 3 (А) является реактором гидроконверсии, (S) является зоной, в которой происходит разделение жидкости и пара выходящего потока реакции, (Е) является отпарной зоной, в которой отделенная фаза (10) суспензии приходит в контакт с отпарным газом (6), вырабатывая газовый поток (11), богатый летучими компонентами, и поток (7) суспензии, содержащий экстракт. На Фиг. 3 (1) является свежей загрузкой тяжелых нефтепродуктов, (4) является гидрирующим потоком, предпочтительно содержащим смесь водорода, метана, этана, пропана и бутана, (9) является паровой фазой, отделенной с помощью сепаратора ВД/ВТ, (8) является паровой фазой, содержащей продукты реакции, полученной путем объединения паровых потоков (9) на выходе из сепаратора (S) и (11) на выходе из отпарной зоны (Е), (3) является сливным потоком, (2) является частью потока суспензии, рециркулируемой в реактор.
Подробное описание
Настоящее изобретение теперь описано подробно со ссылкой на Фиг. 1.
Свежую загрузку, представленную тяжелыми нефтепродуктами (1), и гидрирующий поток (4) подают через два отдельных входа в барботажный суспензионный реактор (А) гидроконверсии.
Гидрирующий поток предпочтительно может быть водородом или смесью водорода и легких углеводородов в газовой фазе, более предпочтительно смесью водорода, метана, этана, пропана и бутана. Двухфазный реакционный выходящий поток (5) направляют непосредственно в отпарную колонну (В) высокого давления и высокой температуры, расположенную ниже по потоку от реактора и непосредственно соединенную с верхней крышкой реактора посредством трубопровода, в котором течет указанный выходящий поток.
Вдоль указанного трубопровода не существует никаких устройств для разделения жидкости и пара или жидкости, пара и твердого вещества.
Трубопровод, который соединяет верхнюю крышку реактора с отпарной колонной, состоит из вертикальной части, соединенной с выходом, расположенным на верхней крышке реактора, и части, которая соединена с входом в отпарную колонну.
Часть, которая соединена с входом в отпарную колонну, наклонена вниз с наклоном, составляющим от 2% до 10%, предпочтительно от 4% до 7%, в расчете по отношению к горизонтальной плоскости, перпендикулярной оси реактора и к оси отпарной колонны.
Наклонную часть трубопровода может быть выполнена так, что отношение между длиной наклонной части и внутренним диаметром трубопровода по меньшей мере равно 20. Это отношение обеспечивает установление стационарного режима потока внутри трубопровода.
Наклон трубопровода обеспечивает установление стратифицированного движения, в котором фаза суспензии течет в нижней части трубы без создания волнового движения, которое могло бы возникать для трубопровода, наклоненного вверх, такого как описан в WO 2016/103199. В воплощении трубопровода, описанном в WO 2016/103199, волновое движение было необходимо для обеспечения отпарного эффекта вторичного газа, введенного в трубопровод. Таким образом обеспечивают возможность достижения нового равновесия жидкости и пара. В настоящем изобретении в указанном трубопроводе следует создать чрезвычайно регулярное движение, так чтобы разделение фаз уже выполнялось перед входом в отпарную колонну, также минимизируя скорости потоков, поступающих в колонну. С теми же скоростями выходящих из реактора потоков наклон вниз уменьшает застой суспензии в трубопроводе и значительно повышает ее скорость по сравнению со случаем наклоненного вверх трубопровода. Более того, наклоненный вниз трубопровод также уменьшает или устраняет любые проблемы осаждения твердых веществ, транспортируемых суспензией.
За исключением любых потерь загрузки вдоль трубопровода, в котором течет выходящий поток реакции, отпарная колонна работает при давлении реактора.
Катализатор гидрирования в фазе суспензии предпочтительно может быть на основе сульфида молибдена или вольфрама.
Реакцию гидроконверсии предпочтительно проводят при температуре от 400°С до 450°С и давлении от 10 МПа до 20 МПа (от 100 атм. до 200 атм.).
Более предпочтительно реакцию гидроконверсии проводят при температуре от 420°С до 440°С и давлении от 14 МПа до 18 МПа (от 140 атм. до 180 атм.).
Отпаривание при высоком давлении и высокой температуре предпочтительно проводят при таких же условиях давления, как и в реакторе, за исключением любых потерь загрузки.
Отпарной газ (6) подают в отпарную колонну через впускной трубопровод, расположенный выше уровня жидкости, накопленной в колонне. Отпарной газ представляет собой поток, имеющий такой же состав, как поток водородсодержащего газа, подаваемый в течение реакции. Отпарной газ течет по направлению к колонной головке, встречая жидкий компонент выходящего потока реакции, который наоборот течет по направлению к дну колонны. Пары, уже присутствующие в выходящем потоке реакции, летучие компоненты, отпаренные из жидкости, присутствующей в выходящем потоке реакции, и отпарной газ накапливаются в верхней части отпарной колонны, образуя таким образом поток легких продуктов, покидающих верхнюю часть колонны.
В отпарной колонне присутствуют одно или более контактных устройств, которые обеспечивают физический контакт, создаваемый между различными фазами. В этих контактных устройствах отпарной газ находится в контакте с жидкой фазой выходящего потока реакции, из которого можно отделять легкие компоненты от тяжелых.
Как упоминалось, отпарная колонна содержит одно или более контактных устройств, предпочтительно от 2 до 6, которые могут быть различных типов, учитывая, что достигаемая цель состоит в создании эффективного контакта между отпарным газом, который поднимается вверх в колонне, и жидкостью, которая также увлекает с собой твердые частицы. Для предотвращения любых явлений загрязнения предпочтительно использовать контактные устройства, выбранные из пластинчатых тарелок, дисковых и кольцевых тарелок и поперечных тарелок.
Существуют различные конфигурации контактных устройств, целью которых является создание по меньшей мере одной теоретической стадии равновесия. При увеличении числа контактных устройств выше определенной величины эффективность отпаривания уменьшается до тех пор, пока не достигнет плато. Наилучшая определенная конфигурация подразумевает использование по меньшей мере одной стадии равновесия для обогащения паровой фазы более тяжелыми соединениями, соответствующими качеству получаемых продуктов.
Жидкий поток (7), содержащий меньше летучих компонентов и покидающий отпарную колонну, рециркулируют в реактор гидроконверсии через соответствующий трубопровод после отбора сливного потока (3).
Такая рециркуляция может происходить естественным путем с использованием разницы в плотности потоков или принудительным путем посредством использования соответствующего насоса, приспособленного для обработки смесей жидкости и твердого вещества.
Слив имеет фундаментальную функцию, так как он препятствует накоплению твердых веществ в реакторе гидроконверсии.
В патентных заявках US 2015/0210940 и WO 2008/141830, наоборот, описан реактор накопления твердого вещества, в котором твердые вещества, образованные или полученные из загрузки, накапливаются до очень высокого уровня. В реакторе накопления твердого вещества основным является постоянное сохранение твердого вещества в реакторе, так как таким образом можно предотвращать дезактивацию катализатора, тепловое дегидрирование и образование кокса.
Напротив, реактор гидроконверсии устройства, описанного и заявленного в настоящей патентной заявке, никогда не должен быть реактором накопления твердого вещества, и поэтому внутри него, и точно на дне, не должна накапливаться никакая твердая фаза. Чтобы осуществить это, необходимо непрерывно отбирать сливной поток либо из потока рецикла в реактор, либо непосредственно из реактора. В первом случае трубопроводы отбора и средства отбора расположены на трубопроводе рециркуляции, в то время как в последнем случае указанные трубопроводы и средства соединены непосредственно с реактором гидроконверсии.
Скорость сливного потока при отборе из потока рецикла можно модулировать так, чтобы иметь массовую процентную долю нерастворимых в тетрагидрофуране твердых веществ (указанные нерастворимые твердые вещества обозначены как THF-i) в потоке рецикла и в сливном потоке, которая составляет от 3% до 15%, предпочтительно от 6% до 12%.
Предпочтительно описанный и заявленный способ проводят с использованием устройства гидроконверсии согласно настоящей патентной заявке.
2
3
Основными продуктами гидроконверсии являются HS, NH, метан, этан, бутан, лигроин, атмосферный газойль и вакуумный газойль. Гидроконверсия сопровождается деметаллированием загрузки: сульфиды ванадия, никеля и железа добавляют в качестве твердых веществ в фазу суспензии к сульфиду молибдена, который является катализатором процесса. Также наблюдается более низкое, по отношению к основным продуктам, образование мезофазы твердого углерода, которая составляет большую часть нерастворимых в тетрагидрофуране твердых веществ, THF-i, содержащихся в потоке на выходе из реактора.
Затем указанный поток направляют в отпарную колонну, в которой паровая фаза выходит из головной части, а поток суспензии с тяжелыми менее летучими компонентами выходит из нижней части, и его рециркулируют (2) в реактор гидроконверсии, за исключением сливного потока (3). Такое рециркулирование выполняют посредством естественного рециркулирования или посредством использования насоса, как показано на Фиг. 1. Рециркулированную суспензию объединяют со свежей загрузкой и вводят в реактор гидроконверсии.
Технологическая схема гидроконверсии и, в частности, технологическая схема EST-VPO, в которой используют сепаратор высокого давления и высокой температуры (ВД/ВТ), который действует при таких же рабочих условиях, что и установка, описанная и заявленная в настоящей патентной заявке, имеет более низкую производительность. Это обусловлено тем, что жидкая фаза, отделенная в сепараторе ВД/ВТ и рециркулированная в реактор, имеет такой же состав, как жидкий компонент выходящего из реактора потока.
Путем замены сепаратора ВД/ВТ на трубопровод выходящего потока реакции с отпарной колонной высокого давления и высокой температуры и используя в качестве отпарного газа поток с составом, равным составу подаваемого в реактор газа, паровой компонент, который содержит продукты реакции в равновесии с жидким компонентом выходящего потока реакции, немедленно удаляют, выгружая из головной части контактной колонны и объединяя с отпарным газом, который увлекает с ним более легкие компоненты жидкой фазы выходящего потока реакции и поднимается вдоль указанной колонны. Отпарной газ, встречая поток суспензии, который опускается вдоль контактного устройства отпарной колонны, сдвигает равновесие, достигнутое на выходе реактора. Из жидкого компонента отпарной газ способен увлечь компоненты с более высокой температурой кипения, которые, без его использования, должны были бы оставаться захваченными в жидкой фазе на выходе реактора. Новую жидкую фазу, выходящую из отпарной колонны и лишенную ее более легких компонентов, затем рециркулируют, естественным образом или с использованием подходящего отбирающего устройства, в реактор гидроконверсии, за исключением небольшой сливной части. Паровая фаза, выходящая из отпарной колонны, содержит более тяжелые компоненты, чем компоненты, удаленные с паровой фазой на выходе из реактора. Все это вызывает увеличение производительности установки, и поэтому более высокое количество обрабатываемой свежей загрузки. Ясно, что чем более похожа жидкость, рециркулируемая в реактор, в показателях ее состава, на жидкость, выходящую из реактора, тем больше будет сдвиг по направлению к легким продуктам. Что касается технологической схемы EST-VPO, из-за отпарного действия газа жидкость, рециркулируемая в реактор, будет иметь другой состав и будет тяжелее жидкости, выходящей из самого реактора. Поэтому количество продуктов, полученных в общем в паровой фазе, будет более высоким, даже если их состав будет различным.
Для лучшего понимания настоящего изобретения и для применения его на практике ниже представлены некоторые иллюстративные и не ограничивающие его примеры.
Сравнительный пример 1
Со ссылкой на Фиг. 2 рассмотрена суспензионная установка гидроконверсии с компоновкой VPO, содержащая барботажный колонный суспензионный реактор с промышленными размерами (высота 45 м, внутренний диаметр 4,8 м), соединенный посредством трубопровода (5) с сепаратором, пар (9) которого содержит продукты гидроконверсии и суспензию (10) которого рециркулируют в реактор через соответствующий трубопровод (2), отбирая на трубопроводе рециркуляции сливной поток (3).
Реактор, который действует при температуре 435°C и давлении 16 МПа (160 бар), питают через трубопровод (1) вакуумным остатком, характеризуемым следующим составом:
погон 350-450°С: 3,6 масс. %
погон 450-500°С: 4,5 масс. %
погон 500-540°С: 11,0 масс. %
остаток 540°С+: 80,9 масс. %.
Скорость сливного потока выбирают так, чтобы иметь массовую процентную долю нерастворимых в тетрагидрофуране твердых веществ, THF-i, в потоке рецикла и в сливном потоке, составляющую 10 масс. %.
Скорость потока рециркуляции устанавливают на уровне 100 т/ч, при этом циркуляция может быть естественной из-за разницы плотности смешанной фазы реактора и суспензии трубопровода, исходящего из сепаратора (10), или принудительной посредством насоса.
2
Скорость потока газа, подаваемого в реактор через трубопровод (4), содержащего 88,6 мольн. % Н, остаток преимущественно состоит из метана, этана, пропана, бутана, в этом примере равен 20 т/ч.
В этом плане, который составляет основной сравнительный вариант, скорость потока подаваемого вакуумного остатка равна 58,5 т/ч. Это значение вычислено посредством моделирования способа, разработанного с термодинамической, гидрогазодинамической и кинетической точки зрения с использованием данных из промышленной установки гидроконверсии с барботажным суспензионным реактором.
Продукты гидроконверсии распределены на выходе из установки так, как представлено в таблице 1.
Пример 1
Поддерживая неизмененные по сравнению со сравнительным примером 1 геометрию реактора, рабочие условия и состав подаваемого вакуумного остатка и заменяя, согласно настоящему изобретению, сепаратор отпарной колонной (В), как на Фиг. 1, скорость потока вакуумного остатка увеличивают до 76 т/ч. Отпарную колонну питают через трубопровод (6) отпарным газом со скоростью потока 20 т/ч, имеющим такую же температуру и состав, как и газ, подаваемый в реактор. Отпарную колонну моделируют как стадию равновесия жидкости и пара, на которой поступающие потоки являются суспензией, поступающей из реактора, и отпарным газом. Потоки, покидающие эту стадию равновесия, являются более концентрированной суспензией, рециркулируемой в реактор, и газом, содержащим отпаренные продукты, который объединяют с паром, поступающим из реактора, для составления пара, покидающего отпарную колонну через трубопровод (8). Выполняют вычисления равновесия жидкости и пара, как и в случае реактора, с уравнением состояния RKS.
Использование отпарной колонны вместо сепаратора позволяет увеличить производительность установки гидроконверсии на 30%, имея в виду скорость потока вакуумного остатка.
Продукты гидроконверсии вакуумного остатка подразделяются так, как показано в таблице 2.
Немного более тяжелая природа продуктов компенсируется значительным повышением производительности.
Пример 2
Повышение производительности, получающееся от использования отпарной колонны (вместо просто сепаратора) зависит от отношения скорости потока подаваемого в реактор водородсодержащего газа к скорости потока подаваемого в отпарную колонну отпарного газа.
Поддерживая неизмененные по сравнению с примером 1 геометрию реактора, рабочие условия и подаваемый вакуумный остаток и воздействуя на отношение скорости потока отпарного газа в отпарной колонне и скорости потока водородсодержащего газа в реакторе, установленного на уровне 20 т/ч, получают следующий график 1, где R является отношением производительности установки гидроконверсии с отпарной колонной и производительности установки гидроконверсии с сепаратором.
Можно видеть, что по мере того, как скорость потока отпарного газа в отпарной колонне возрастает, скорость потока обработанной загрузки из установки возрастает, уже с 5 т/ч отпарного газа (абсцисса, равная 0,25) получают 10%-ное повышение скорости потока обработанной загрузки (расположенной от 1 до 1,1). Эффект от возрастания отпарного газа не является линейным и стремится к уменьшению: при 20 т/ч отпарного газа (абсцисса = 1) для увеличения скорость потока загрузки на то же количество (расположенное от 1,3 до 1,4) требуется в два раза большее количество газа, 10 т/ч.
Пример 3
Тарелки, расположенные внутри отпарной колоны между подаваемой суспензией и подаваемым отпарным газом, должны осуществлять по меньшей мере одну теоретическую стадию равновесия: это предположение делают в примерах 1 и 2. Преимущество использования отпарной колонны с тарелками лежит в возможности создания более чем одной теоретической стадии равновесия, в отличие от обычной отпарной колонны, в которой газ барботируют непосредственно в суспензию. В этом примере существует преимущество, которое можно получить в показателях производительности установки путем осуществления, с соответствующим повышением числа реальных тарелок, двух теоретических стадий равновесия.
Поддерживая неизмененные по сравнению со сравнительным примером 1 геометрию реактора, рабочие условия и состав подаваемого вакуумного остатка, используя отпарной газ при той же температуре, как и в реакторе, использование эквивалентной отпарной колонны для теоретической стадии равновесия повышает скорость потока вакуумного остатка от 58,5 т/ч до 72,8 т/ч, а если реальные тарелки, содержащиеся в отпарной колонне, создают две теоретические стадии равновесия, скорость потока вакуумного остатка дополнительно возрастает до 74,7 т/ч.
Пример 4
Для лучшей иллюстрации эффекта изобретения, предложенного в этом примере, сравнивают скорости потока и составы в различных точках технологической схемы. Блок-схема Фиг. 2 относится к сравнительному примеру 1.
Как можно видеть в таблице 3, поток (2), рециркулируемый в реактор, имеет такой же состав, как поток (10) суспензии, отделенный от выходящего потока реакции в сепараторе (S).
Фиг. 3, с другой стороны, воспроизводит Фиг. 1 с блок-схемой и относится к примеру 1.
В этом случае отпарная колонна изображена посредством зоны (S) разделения и отпарной зоны (Е), которые не являются очевидно физическими раздельными, но их моделируют по отдельности для моделирования того, что должно случиться в реальности.
В отпарной зоне (Е) создают равновесие жидкости и пара между потоком (10) и потоком (6) отпарного газа, образуя газовый поток (11), обогащенный продуктами отпаривания, и поток (7), который разделяют на поток (2) суспензии, рециркулируемый в реактор, и сливной суспензионный поток (3).
Как можно видеть в таблицах 4 и 5, в этом случае поток (2), рециркулируемый в реактор, не имеет, в отличие от показанного в таблице (3), одинакового состава с потоком (10): процентная доля погонов 450- уменьшается и процентная доля погонов 450+нерастворимых в тетрагидрофуране твердых веществ возрастает.
Пример 5
Соединительный трубопровод между реактором и отпарной колонной, после вертикальной части, соединенной с выпускным патрубком реактора, должен продолжаться вниз по направлению к колонне, чтобы обеспечивать установление стратифицированного режима и не пульсирующего течения газа и суспензии на входе в колонну. Для этого результаты моделирований ВГД (вычислительной гидрогазодинамики) движения в соединительном трубопроводе представлены здесь в «поднимающемся» случае, описанном в существующем уровне техники, и в «опускающемся» случае, описанном и заявленном в настоящей патентной заявке. В моделированиях ВГД выходящий поток реакции описан как двухфазная текучая среда, состоящая из газовой фазы и фазы суспензии. Поэтому в данном примере всегда ссылаются на двухфазную текучую среду. Двухфазное (газ и суспензия) движение в одном и том же трубопроводе моделируют посредством ВГД, в одном случае с питанием с нижнего конца текучей средой, которая поэтому течет «вверх», а в другом случае с питанием с верхнего конца текучей средой, которая поэтому течет «вниз», с одинаковыми скоростями потока газа и суспензии. На графике, Фиг. 4, показана скорость потока суспензии на выходе трубопровода, то есть на входе в колонну, соответственно в этих двух случаях, в зависимости от времени. Можно наблюдать, что в «опускающемся» случае скорость потока приблизительно постоянна, тогда как в «поднимающемся» случае наблюдаются значительные колебания от нуля до двойной средней скорости потока.