СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРООБРАБОТКИ И ГИДРОКРЕКИНГА
PROCEDURE AND DEVICE FOR HYDRAULIC PROCESSING AND HYDRAULIC CRACKING

Изобретение относится к способу и устройству гидрокрекинга с частичной конверсией, когда тяжелое нефтяное сырье подвергается гидрообработке и частично конвертируется для получения сырья для установки флюид-каталитического крекинга (ФКК). Изобретение особенно полезно для получения сверхнизкосернистого дизельного (СНСД) топлива и высококачественного сырья для ФКК, которое можно использовать для получения сверхнизкосернистого бензина (СНСБ) в установке ФКК без последующей обработки ФКК-бензина для приведения его в соответствие с требованиями по содержанию серы.
Частичная конверсия или "мягкий" гидрокрекинг много лет применяется специалистами в нефтепереработке для получения поэтапного выхода среднего дистиллята при обогащении сырья для флюид-каталитического крекинга (ФКК). Первоначально специальные катализаторы были приспособлены к условиям низкого и умеренного давления в десульфураторах сырья ФКК для получения 20-30-процентной конверсии тяжелых газойлей в дизельное топливо и более легкие продукты. Сочетание низкого давления и высокой температуры, используемое для достижения условий гидроконверсии, обычно приводило к получению тяжелых высокоароматических продуктов с низким цетановым качеством. Введение новых технических требований к бензиновым и дизельным продуктам потребовало, чтобы в таких процессах получались более легкие, менее сернистые продукты, которые могут соответствовать сверхнизкосернистом дизельному топливу и бензину (СНСД и СНСБ), получаемым на нефтеперерабатывающих заводах. Продолжающийся рост спроса на среднедистиллятное топливо по сравнению с бензином заставил обратить внимание на гидрокрекинг и, особенно, на гидрокрекинг с частичной конверсией как на ключевое звено для достижения соответствия современному экологически чистому топливу.
Новые технические требования в США и в ЕС санкционировали кардинальное сокращение уровня серы в дизельном топливе и бензине. Теперь очевидно, что более низкий уровень серы в этих продуктах весьма благоприятно влияет на уменьшение количества вредных веществ в выхлопных газах легковых и грузовых автомобилей. По-прежнему ведется работа над транспортировкой по трубопроводу низкосернистых и высокосернистых дистиллятных фракций. Недавние исследования, проведенные в США, показывают, что до 10% сверхнизкосернистого дизельного топлива (СНСД) понизит свое качество при обычной транспортировке по трубопроводу, и некоторые перевозчики требуют, чтобы на выходе из нефтеперерабатывающего завода содержание серы в СНСД составляло не более 5 весовых частей на миллион. Польза для окружающей среды и особенности транспортировки продукта не оставляют сомнений, что и в дальнейшем будет оказываться давление с целью вынудить перевести все топливо в сверхнизкосернистую категорию.
Традиционные установки частичной конверсии, используемые на многих нефтеперерабатывающих заводах во всем мире, были сконструированы для уровня давления в диапазоне 50-100 бар и.д. в зависимости от качества сырья и технических требований к предельному количеству циклов. Они предназначались для получения 20%-30% чистой конверсии тяжелого вакуумного газойля и суммарного удаления серы в количестве 95% для получения сырья для ФКК, пригодного для получения низкосернистого бензина. Дальнейшая разработка процесса привела к включению в него горячих сепараторов высокого давления для того, чтобы лучшая интеграция тепла и поглотители аминов смягчили последствия очень высокого содержания сероводорода в циркулирующем газе.
Один значительный недостаток этой технологии заключается в невозможности обеспечить управление жесткостью реакции гидроконверсии и гидиродесульфуризации. И хотя содержание серы в дизельном топливе можно в значительной степени уменьшить, используя больше катализатора гидробоработки и обеспечивая большую глубину реакции ГДС, единственной реальной возможностью улучшить плотность и цетановое качество является повышение рабочего давления реактора или увеличение жесткости гидрокрекинга.
Большое увеличение давления в реакторе сможет повысить расход химического водорода на 70-100%. Высокие капитальные и эксплуатационные расходы, связанные с таким значительным увеличением расхода водорода, являются значительным недостатком использования конструкций с высоким давлением для достижения роста выхода продукта.
Патентная заявка WO 99/47626 раскрывает комплексный процесс гидроконверсии, содержащий гидрокрекинг объединенного потока нефтезаводского сырья и водорода для получения жидких и газообразных компонентов. Водород, непрореагировавший на этапе гидрокрекинга, объединяется со вторым потоком нефтезаводского сырья и подвергается гидрообработке. Продукт разделяют с получением потока водорода, и часть этого потока направляется на повторную переработку на этапе гидрокрекинга. Были получены более высокие выходы нафты и дизельного топлива и более низкие выходы мазута. Однако недостаток этого процесса заключается в том, что для него требуется сырье с относительно низким содержанием азота, серы и ароматических веществ. Во многих случаях это означает, что сырье необходимо предварительно обработать, прежде чем подвергнуть раскрытому процессу.
В патенте США №6294079 раскрыт комплексный процесс низкой конверсии, содержащий разделение потока после этапа гидрообработки на три фракции: легкую фракцию, промежуточную фракцию и тяжелую фракцию. Легкая фракция и часть промежуточной и тяжелой фракций проводятся в обход зоны гидрокрекинга и направляются в сепаратор. Используется последовательность сепараторов высокого давления. Остальная часть промежуточной и тяжелой фракций подвергается гидрокрекингу. Получается сырье для ФКК. Расширенный сепаратор и другие сепараторы используются для разделения потока, подвергшегося гидрообработке, на поток пара и два потока жидкости. Части каждого жидкого потока подвергаются регулировке и повторно смешиваются с охлажденным, сжатым потоком пара, повторно нагреваются и повергаются гидрокрекингу большой интенсивности для получения среднедистиллятных продуктов более высокого качества. Сложная комбинация множества сепараторов и охлаждение потока пара приводят к использованию дополнительного оборудования и дополнительным затратам.
Увеличение общей интенсивности гидрокрекинга иногда является нереализуемым вариантом. Когда целью процесса является получение требуемого количества сырья для ФКК, высокая конверсия приводит к образованию дизельного топлива хорошего качества. Однако высокая конверсия также приводит к получению недостаточного сырья для ФКК, поскольку вырабатывается больше дизельного топлива.
Задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства, в котором осуществляется обработка сырья для ФКК для получения сверхнизкосернистого сырья для ФКК, пригодного для получения сверхнизкосернистого бензина (СНСБ), не требующего дополнительной обработки бензина.
Другой задачей настоящего изобретения является создания способа и устройства для получения дизельного топлива со сверхнизким содержанием серы и существенно лучшей воспламеняемостью, измеряемой цетановым числом, цетановым коэффициентом, содержанием ароматических веществ и плотностью.
Дальнейшей задачей настоящего изобретения является создание простого устройства для осуществления способа согласно изобретению.
Поставленная задача решается предлагаемым способом гидрокрекинга для частичной конверсии углеводородного сырья, предусматривающим стадии, на которых:
(a) осуществляют гидрообработку углеводородного сырья при помощи обогащенного водородом газа для получения гидрообработанного выходящего потока, содержащего смесь жидкости и пара, которая разделяется на жидкую фазу и паровую фазу,
(b) на этапе разделения разделяют жидкую фазу на регулируемую жидкую часть, задаваемую конверсией, и избыточную жидкую часть посредством регулирования потока регулируемой жидкости, полученной на стадии разделения, при помощи элемента регулирования потока, и соединяют паровую фазу с избыточной жидкой частью для получения парожидкой части, и
(c) затем выделяют фракцию, содержащую сырье для флюид-каталитического крекинга, из регулируемой жидкой части, и одновременно осуществляют гидрокрекинг парожидкой части для получения дизель-содержащей фракции или осуществляют гидрокрекинг регулируемой жидкой части для получения дизель-содержащей фракции, и одновременно выделяют фракцию, содержащую сырье для флюид-каталитического крекинга, из парожидкой части.
Способ согласно изобретению содержит гидрообработку и частичную конверсию потока тяжелого нефтяного сырья, который кипит при температуре выше 260°С и при этом имеет низкое содержание асфальтенов (<0,1 весового процента). Благодаря одновременному получению высококачественного сырья для ФКК способ создает возможность получения сверхнизкосернистого бензина (СНСБ) из установки ФКК. Получают также дизельное топливо и нафту.
Устройство для осуществления способа согласно изобретению содержит реактор гидрообработки, имеющий один или более каталитических слоев, установленный последовательно с реактором гидрокрекинга через систему разделения жидкости/ пара, расположенную выше уровня жидкости ниже по потоку относительно одного или более каталитических слоев реактора гидрообработки, причем система разделения жидкости/пара содержит выпускное устройство и выпускную трубу в баке сепаратора, при этом выпускное устройство содержит удлинение трубы над дном бака сепаратора, при этом удлинение трубы снабжено на верхнем открытом конце удлинения трубы рассекателем для недопущения завихрения потока, причем бак сепаратора снабжен выпускной трубой на дне бака сепаратора, выпускная труба снабжена рассекателем для недопущения завихрения потока и элементом регулирования потока посредством регулятора расхода.
На фиг.1 представлен процесс гидрокрекинга с частичной конверсией согласно изобретению.
На фиг.2 представлен альтернативный процесс гидрокрекинга с частичной конверсией согласно изобретению.
На фиг.3 представлен разрез, проходящий через дно реактора гидрообработки.
На фиг.4 представлен процесс согласно изобретению, в котором система разделения жидкости и пара расположена между реактором гидрообработки и реактором гидрокрекинга.
Способ согласно изобретению представляет собой процесс гидрокрекинга с частичной конверсией при промежуточном давлении, содержащий этап гидрообработки и этап гидрокрекинга. Способ и устройство согласно изобретению обеспечивают решение, которое удовлетворяет существующим и предполагаемым техническим требованиям к продукту для бензина и дизельного топлива и не требует при этом дополнительной обработки или смешивания с другими более легкими высококачественными компонентами. Преимущество способа заключается в том, что и парциальное давление водорода, и конверсию в результате гидрокрекинга можно использовать для повышения качества дизельного топлива и при этом поддерживать требования об относительно низкой интенсивности конверсии и ГДС (гидродесульфуризации), предъявляемые областями применения, связанными с предварительной обработкой для ФКК.
Под термином "гидрообработка" (ГДО) понимается процесс, выполняемый в присутствии водорода, в котором из углеводородного сырья удаляются гетероатомы, такие как сера и азот, и восстанавливается ароматическое содержание углеводородного сырья. Гидрообработка включает в себя гидродесульфуризацию и гидроденитрогенизацию.
Под термином "гидродесульфуризация" (ГДС) понимается процесс, в котором из углеводородного сырья удалятся сера. Под термином "гидроденитрогенизация" (ГДН) понимается процесс, в котором из углеводородного сырья удаляется азот.
Под термином "гидрокрекинг" (ГК) понимается процесс, в котором углеводородосодержащее сырье каталитически разлагается в присутствии водорода на химические соединения меньшей молекулярной массы.
В способе согласно изобретению главный реакторный контур способа содержит два последовательных реактора - реактор гидрообработки для предварительной обработки сырья и реактор гидрокрекинга для гидрокрекинга части выходящего потока из реактора гидрообработки. Под термином "последовательные" понимается, что реактор гидрокрекинга расположен ниже по потоку относительно реактора гидрообработки.
Имеется система разделения жидкости и пара, встроенная в дно реактора гидрообработки или содержащаяся в баке сепаратора, расположенном между двумя реакторами, для разделения выходящего потока из смеси жидкости и пара, выходящего из каталитических слоев реактора гидрообработки.
В системе разделения жидкости и пара осуществляется мгновенное испарение при помощи выпускного устройства и выпускной трубы. Смесь жидкости и пара разделяется в баке сепаратора на жидкую фазу и парообразную фазу. Выпускное устройство представляет собой внутреннюю переливную вертикальную трубу для разделения жидкой фазы на регулируемую жидкую часть и избыточную жидкую часть. Парообразная фаза объединяется с избыточной жидкой частью, и эта парожидкая часть может подаваться в реактор гидрокрекинга. В этом случае регулируемая жидкая часть удаляется, обходя реактор гидрокрекинга, и направляется в отпарной аппарат для получения сырья для ФКК, а также нафты и более легких продуктов. Можно также направить регулируемую жидкую часть в реактор гидрокрекинга и одновременно отделить фракцию, содержащую сырье для ФКК, от парожидкой части.
Под термином "мгновенное испарение" понимается одноэтапная дистилляция, в которой гидробработанный выходящий поток разделяется на жидкую часть и парожидкую часть. Изменение давления не требуется.
Преимущество способа согласно изобретению заключается в том, что вместо сложной расширенной и многосепараторной схемы используется простой этап для разделения потока, выходящего из каталитических слоев реактора гидрообработки, на две части. Парожидкая часть направляется в реактор гидрокрекинга без существенного охлаждения пара, кроме охлаждения, требуемого для управления температурой на входе реактора гидрокрекинга.
Часть жидкой фазы в потоке, исходящем из реактора гидрообработки, направляется в отпарной аппарат сырья для ФКК. Факультативно может быть добавлена испарительная камера низкого давления. Извлекаются только нафта или более легкие углеводороды. Дизельное топливо, содержащееся в этой части, имеет пониженное качество, поскольку у него более высокая плотность, более высокое содержание ароматических веществ и более низкое цетановое число, чем у дизельного топлива, полученного в реакторе гидрокрекинга, поэтому оно лучше подходит в качестве сырья для ФКК. Все дизельное топливо, полученное способом согласно изобретению, получается на этапе гидрокрекинга и имеет повышенное качество.
Из выходящего после гидрокрекинга потока в ректификационной колонне извлекается нефть, не подвергшаяся конверсии, температура кипения которой выше, чем у дизельного продукта ((>370°С+). Она не подверглась конверсии и может использоваться в качестве сырья для ФКК или в качестве сырья для установки для получения полиэтилена или для установки для получения смазочных материалов, поскольку она имеет более высокое содержание водорода и более низкое содержание ароматических веществ, чем сырье для ФКК, полученное в отпарном аппарате для сырья для ФКК.
Подходящим сырьем для способа согласно изобретению является вакуумный газойль (ВГО), тяжелый газойль (ТГО), тепловой или легкий крекинг-газойль (ТКГО или ЛКГО) и деасфальтированная нефть (ДАН), полученные из сырой нефти или другого полученного синтетическим образом углеводородного масла. Диапазон температуры кипения таких видов сырья составляет от 300°С до 700°С с содержанием серы от 0,5 до 4 весовых процентов и содержанием азота от 500 до 10000 весовых частей на миллион.
x
Задача реактора гидрообработки состоит преимущественно в десульфуризации сырья до уровня 200-1000 весовых частей на миллион, что позволяет получить бензин после ФКК со сверхнизким содержанием серы, пригодный для получения смеси, удовлетворяющей как европейским, так и американским техническим требованиям (соответственно 10 и 30 весовых частей на миллион), избавляясь от необходимости последующей гидрообработки бензина. Низкое содержание серы в сырье обладает также тем преимуществом, что оно кардинально сокращает выбросы оксидов серы (SO) из регенератора ФКК. Во-вторых, реактор гидробоработки сокращает содержание азота в сырье, поступающем в реактор гидрокрекинга. В-третьих, содержание ароматических веществ в сырье для ФКК также уменьшается, что приводит к более глубокой конверсии и более высокому выходу бензина.
Реактор гидрообработки содержит зону гидрообработки, за которой следует зона сепарации. Зона гидрообработки содержит один или несколько слоев катализатора для гидродесульфуризации (ГДС) и гидроденитрогенизации сырья. (ГДН). Продукты из зоны гидрообработки содержат смесь воды и пара. В традиционном реакторе гидрообработки слои катализатора поддерживаются опорными балками слоев, а пространство головки в нижней головке реактора наполнено инертными шариками, которые поддерживают последний слой катализатора. Смесь пара и жидкости выходит из реактора через выпускной коллектор, которые расположен на нижней головке реактора.
В варианте выполнения способа согласно изобретению последний слой катализатора в реакторе гидрообработки, как и верхние слои, поддерживается опорными балками слоя. Однако пространство головки в нижней головке реактора не содержит большого объема инертных шариков, а используется для разделения жидкостно-паровой смеси. Система разделения жидкости и пара используется в нижней головке для разделения жидкости и пара, выходящих из каталитических слоев реактора гидрообработки, на жидкую часть и паровую часть, содержащую долю жидкости; то есть на парожидкую часть.
Парожидкая часть может быть направлена в реактор гидрокрекинга и преобразована при подходящих условиях в СНСД. Сырье, поступающее в ФКК, состоит преимущественно из жидкой части.
Система разделения жидкости и пара является составной частью реактора гидрообработки и расположена в пространстве головки у дна этого реактора. Она содержит выпускное устройство для переноса парожидкой части в реактор гидрокрекинга. Жидкая часть содержится у дна реактора снаружи выпускного устройства и выходит из реактора гидрообработки отдельно через выпускную трубу для перемещения, например, к отпарному аппарату. Уровень жидкой части на дне реактора и, следовательно, количество жидкости, поступающее в отпарной аппарат, регулируется обычными клапанами регулирования расхода. Таким образом, избыточная жидкость, не требующаяся для передачи к отпарному аппарату, поступает в выпускное устройство, содержащее весь пар, и выходит из реактора в виде парожидкой части.
Количество жидкости, то есть регулируемая жидкая часть, забираемое выпускной трубой, задается требуемой конверсией тяжелого вакуумного газойля. Регулируемая жидкая часть содержит 30-100 весовых % жидкой фазы; изыточная жидкая часть содержит 0-70 весовых % жидкой фазы. Предпочтительно, регулируемая жидкая часть содержит 60-95 весовых % жидкой фазы, а избыточная жидкая часть содержит 5-40 весовых % жидкой фазы.
Включение системы разделения жидкости и пара в реактор гидрообработки позволяет снизить объем оборудования для обработки по сравнению с традиционным разделением вне реактора. Традиционное разделение вне реактора потребовало бы добавления бака сепаратора высокого давления и в качестве сопутствующего недостатка повысило бы капитальные затраты.
2
3
Регулируемая жидкая часть направляется в отпарной аппарат, в котором поток пара лишается легких углеводородов в диапазоне кипения нафты, и в жидкости растворяются сероводород (НS) и аммиак (NH). Отпарной аппарат используется в качестве устройства подачи сырья для установки ФКК. Легкие дистиллятные продукты из отпарного аппарата содержат преимущественно легкие углеводороды в диапазоне кипения нафты, в также аммиак и сероводород.
Вся парожидкая часть выходит из зоны сепарации реактора гидрообработки и переносится в реактор гидрокрекинга. Реактор гидрокрекинга также содержит один или несколько слоев катализатора. Этот реактор может содержать какой-либо катализатор гидрообработки для еще большего понижения количества азота до оптимального уровня (<100 весовых частей на миллион и несколько слоев катализатор гидрокрекинга. Продукты из реактора гидрокрекинга охлаждаются и переносятся во внешний бак сепаратора высокого давления. Газообразный поток, богатый водородом, отделяется от продукта крекинга и возвращается для повторной обработки в реактор гидрообработки. Жидкий поток из сепаратора направляется в дистилляционнуго колонну, где нафта, дизельное топливо и неконвертированные нефтепродукты разделяются на фракции.
2
3
Или, в другом варианте выполнения изобретения, после выхода из зоны сепарации, где продукты из зоны гидрообработки расщепляются на жидкую часть и парожидкую часть, парожидкая часть направляется в сепаратор для удаления обогащенного водородом потока. Обогащенный водородом поток может быть затем очищен от сероводорода и аммиака амином и промывкой водой. Жидкий продукт из сепараторов (из горячего сепаратора высокого давления, соединенного последовательно с холодным сепаратором высокого давления) является преимущественно сырьем для ФКК, и он направляется на отпаривание для удаления легких углеводородов, HS и NН, растворенных в жидкости. Выпаренный продукт используется в качестве сырья для установки ФКК. Жидкая часть из зоны сепарации направляется в реактор гидрокрекинга, жесткого режима крекинга достаточно для получении дизельной фракции со свойствами продукта в соответствии с техническими требованиями EN 590 ULSD. Рабочие условия в реакторе гидрокрекинга можно регулировать для получения продукта, удовлетворяющего требованиям рынка в США. Этот вариант выполнения обеспечивает среду с более низким содержанием аммиака и сероводорода в реакторе гидрокрекинга, что повышает активность катализатора гидрокрекинга.
В другом варианте выполнения изобретения может быть добавлено второе сырье в качестве сырья для реактора гидрокрекинга. В этом варианте выполнения второе сырье может быть подвергнуто гидрообработке и гидрокрекингу и не проходить через реактор гидрообработки. Одним примером второго сырья является легкий рецикловый газойль (ЛРГО) из ФКК, который требует дальнейшей гидрообработки и гидрокрекинга для конверсии его в высокого качества дизельное топливо, реактивное топливо или нафту.
На фиг.1 представлен вариант выполнения изобретения, в котором парожидкая часть из зоны сепарации повергается крекингу в реакторе гидрокрекинга, а регулируемая жидкая часть направляется в отпарной аппарат.
Сырье 1 соединяется с водородом, например с обогащенным водородом газом 2 рециркуляции, и направляется в реактор 3 гидрообработки для гидродесульфуризации и гидронитрогенизации в одном или нескольких каталитических слоях. Исходящий поток из одного или нескольких каталитических слоев представляет собой смесь пара и жидкости, которая разделяется на жидкую фазу и паровую фазу. В зоне 4 сепарации, находящейся далее по потоку относительно последнего каталитического слоя, происходит разделение на парожидкую часть 5 и жидкую часть 6 при помощи системы разделения жидкости и пара, являющейся единым целым с реактором гидрообработки.
Система разделения жидкости и пара содержит выпускное приспособление и выпускную трубу, представленные на фиг.3. Жидкая часть 6 состоит только из жидкости, а парожидкая часть 5 включает в себя весь пар. Интенсивность потока жидкой части 6 регулируется обычным регулятором расхода 7, а избыточная, нетребуемая жидкость выходит из зоны 4 сепарации в виде перелива через выпускное устройство вместе со всем паром, образуя тем самым парожидкостную часть 5.
Регулируемая жидкая часть 6 содержит тяжелые жидкие углеводороды с существенно сниженным содержанием серы и азота по сравнению с сырьем 1. Она выходит из реактора 3 гидрообработки и, минуя реактор 8 гидрокрекинга, попадает в отгонную колонну 9. Легкие углеводороды вместе с аммиаком и сероводородом разделяются на поток 10 дистиллята из отгонной колонны 9, а результирующий поток жидкости со дня отгонной колонны можно использовать в качестве низкосернистого сырья 11 для ФКК.
Парожидкая часть 5 выходит из реактора 3 гидрообработки 3. Как вариант, она может соединяться со вторым углеводородным сырьем 12. Затем она входит в реактор 8 гидрокрекинга, когда она подвергается каталитическому крекингу с образованием подвергшегося гидрокрекингу исходящего потока 13, свойства которого подходят для получения дизельного топлива. В реакторе имеется один или несколько каталитических слоев. Подвергшийся гидрокрекингу исходящий поток 14 направляется в бак 14 сепаратора, и обогащенный водородом газовый поток 15 проходит повторный цикл обработки из сепаратора 14 в реактор 3 гидрообработки через компрессор 16 газа рециркуляции. Выше или ниже компрессора 16 в обогащенный водородом поток 15 может быть добавлен подпиточный водород 17 для поддержания требуемого давления. Жидкий продукт 18 из бака 14 сепаратора, содержащий легкие и тяжелые углеводороды, вместе с растворенным аммиаком и сероводородом направляется затем в ректификационную колонну 19, где посредством дистилляции удаляется поток 20 нафты с аммиаком и сероводородом. Тяжелые углеводородные компоненты, содержащие поток 21 дизельного топлива и поток 22 неконвертированной нефти, разделяются и восстанавливаются в нижней части ректификационной колонны 19. Поток 20 нафты может быть подвергнут дополнительным этапам сепарации. Поток 21 дизельного топлива также может быть дополнительно разделен по температуре кипения на другие ценные продукты, такие как реактивное топливо.
Потоки 23 (низкосернистое сырье для ФКК) и 22 (поток неконвертированной нефти) обычно соединяются в единое сырье в установке ФКК. Однако поток 22 можно также не соединять и использовать в качестве ценного промежуточного продукта для получения смазочных масел или в качестве сырья для получения этилена.
Разделение жидкой фазы на управляемую жидкую часть и избыточную жидкую часть позволяет регулируемой жидкой части не проходить через реактор гидрокрекинга. Это обеспечивает высокую конверсию в реакторе гидрокрекинга и улучшает качество дизельного топлива при сохранении низкой общей конверсии, так чтобы получалось требуемое количество сырья для ФКК.
На фиг.2 представлен вариант выполнения изобретения, в котором жидкая часть из зоны сепарации подвергается крекингу в реакторе гидрокрекинга, а парожидкая часть направляется в отпарную колонну.
Сырье 1 соединяется с водородом, например с обогащенным водородом газом 2 рециркуляции, и направляется в реактор 3 гидрообработки для гидродесульфуризации и гидронитрогенизации в одном или нескольких каталитических слоях. Подвергшийся гидрообработке исходящий поток, содержащий смесь жидкости и пара, поступает в зону 4 сепарации, расположенную дальше по потоку относительно последнего каталитического слоя, и разделяется на парожидкую часть 5 и регулируемую жидкую часть 6 при помощи выпускного устройства, как описано на фиг.1. Интенсивность потока жидкой части 6 регулируется обычным регулятором расхода 7, а избыточная, нетребуемая жидкость выходит из зоны 4 сепарации в виде перелива через выпускное приспособление (представлено на фиг.3) вместе со всем паром, образуя тем самым парожидкую часть 5.
Парожидкая часть 5 выходит из реактора 3 гидрообработки и поступает в бак 24 сепаратора. Из дистиллята, полученного в сепараторе, получают поток 25 пара, а со дна бака 24 сепаратора получают жидкий поток 26 углеводородов. Жидкий поток 26 углеводородов содержит также растворенные аммиак и сероводород и втекает в отгонную колонну 27. Из отгонной колонны 27 отделяется поток 28 легких углеводородов вместе с аммиаком и сероводором, и получившийся в результате жидкий поток со дня отгонной колонны 27 пригоден в качестве низкосернистого сырья 23 для ФКК.
Регулируемая жидкая часть 6 содержит тяжелые жидкие углеводороды с существенно пониженным содержанием серы и азота по сравнению с сырьем 1. Она выходит из реактора гидрообработки через регулятор 7 расхода и соединяется с обогащенным водородом потока 25 пара из бака 24 сепаратора для получения смешанного парожидкого потока 29. При необходимости к смешанному парожидкому потоку 29 может быть факультативно добавлено второе углеводородное сырье 30. Смешанный парожидкий поток 29, факультативно соединенный со вторым сырьем, поступает в реактор 8 гидрокрекинга, где он подвергается каталитическому крекингу с получением компонент потока 13, обладающих свойствами, пригодными для получения дизельного топлива. В реакторе 8 имеется один или несколько каталитических слоев. Поток 136 течет в бак 17 сепаратора, где обогащенный водородом паровой поток 18 разделяется посредством дистилляции и направляется на повторную обработку в реактор гидрообработки через рециркуляционный компрессор 16. Выше или ниже компрессора 16 к обогащенному водородом потоку 15 может быть добавлен подпиточный водород 17 для поддержания требуемого давления.
Жидкий продукт 18 из сепаратора 14, содержащий легкие и тяжелые углеводороды вместе с растворенным аммиаком и сероводородом, направляется затем в ректификационную колонну 19, где нафту с аммиаком и сероводородом удаляют посредством дистилляции в потоке 20 нафты. Тяжелые углеводородные компоненты, содержащие поток 21 дизельного топлива и поток 22 неконвертированной нефти, разделяются и восстанавливаются в нижней части ректификационной колонны. Поток 20 нафты может быть подвергнут дополнительным этапам сепарации. Поток 21 дизельного топлива также может быть дополнительно разделен по температуре кипения на другие ценные продукты, такие как реактивное топливо.
На фиг.3 представлен вариант выполнения изобретения, в котором нижняя секция реактора 3 гидрообработки выполнена с возможностью включения в себя систему разделения жидкости и пара. Таким образом, бак сепаратора встроен в нижнюю секцию реактора гидрообработки. Выпускное устройство расположено ниже опоры последнего каталитического слоя 31, и опора может быть в типичном случае представлена в виде балок и решеток. 32. На дне бака реактора создается область 33 разъединения для обеспечения разделения паровой и жидкой фаз.
В этом варианте выполнения изобретения выпускное приспособление имеет форму вертикальной трубы 34, снабженной на верхнем открытом конце рассекателем 35 для недопущения завихрения потока. На высоте рассекателя 35 создается уровень 36 раздела жидкости, что позволяет всему пару в реакторе и части жидкой фазы переливаться в виде парожидкой части и выходить из реактора через переходную трубу 37 в расположенный далее по потоку реактор гидрокрекинга (не показан).
Имеется выпускная труба 38 для удаления регулируемой части жидкой фазы из центральной нижней точки нижней головки реактора, также покрытого рассекателем 35 для недопущения завихрения потока. Протекание жидкой части через выпускную трубу 38 регулируется элементом 39 управления потоком через стандартный регулятор 40 потока, через переходную трубу 41 в распложенный ниже по потоку отгонный аппарат (не показан).
На фиг.4 представлен еще один вариант выполнения изобретения, в котором ниже по потоку относительно реактора 3 гидрообработки размещен бак 14 сепаратора, содержащий выпускное приспособление и выпускную трубу. Бак 14 сепаратора соединен трубой 42, переносящей все парообразное и жидкое содержимое из нижней части каталитического слоя 31 реактора 3 гидрообработки в бак 14 сепаратора. В этом варианте выполнения выпускное приспособление имеет фору вертикальной трубы 34, снабженной в верхнем открытом конце рассекателем 35 для недопущения завихрения потока. На высоте рассекателя 35 создается уровень 36 раздела жидкости, который позволяет всему пару в реакторе и части жидкой фазы переливаться и выходить из реактора 3 гидрообработки через переходную трубку 37 в расположенный ниже по потоку реактор гидрокрекинга (не показан). Имеется выпускная труба 38 для удаления части жидкой фазы, то есть регулируемой жидкой фазы, из центральной нижней точки нижней головки реактора, также покрытая рассекателем 35 для недопущения завихрения потока. Поток через эту трубу регулируется элементом 39 управления потоком через стандартный регулятор 40 потока, через переходную трубу 41 в расположенный ниже по потоку отпарной аппарат (не показан).
Этот вариант выполнения изобретения особенно выгоден, когда требуется модернизировать существующие установки. В таких случаях может быть невозомжно установить систему разделения жидкости и пара в уже существующем реакторе гидрообработки. Установка системы разделения жидкости и пара снаружи реактора гидрообработки в виде бака сепаратора, содержащего выпускное устройство и выпускную трубу, непосредственно за реактором гидрообработки, позволяет разделить смесь из парового и жидкого потока, вытекающего из реактора гидрообработки, на жидкий поток и парожидкий поток, пригодный для дальнейшей обработки.
Поток, исходящий из одного или нескольких каталитических слоев в реакторе гидрообработки, представляет собой смесь пара и жидкости, которая разделяется на жидкую фазу и паровую фазу. Пределы кипения жидкой фазы несколько ниже пределов кипения сырья, поступающего в реактор гидрообработки. Пределы кипения жидкой фазы составляют 200-580°С.
Катализаторы гидрокрекинга с частичной конверсией, используемые в способе согласно изобретению, должны удовлетворять следующим основным функциональным требованиям:
- откалиброванность по размеру и активности для минимизации загрязнения и падения давления,
- деметаллизация и восстановление углеродистых остатков,
- гидродесульфуризация для предварительной обработки сырья для ФКК до уровня серы, составляющего обычно от 100 до 1000 весовых частей на миллион,
- гидроденитрогенизация для предварительной обработки сырья для гидрокрекинга до уровня азота, составляющего обычно от 50 до 100 весовых частей на миллион,
- гидрокрекинг с высокой конверсионной активностью и высокой избирательностью в отношении дизельного топлива.
Для максимального улучшения эффективности в каждой из этих функциональных категорий выгодно использовать пакетированные (множественные) каталитические системы, которые обеспечивают лучшую общую эффективность и более низкую стоимость по сравнению с одинарными многофункциональными каталитическими системами. Описанный здесь способ используется для облегчения независимого регулирования жесткостью реакции для множества катализаторов, что приводит к оптимизированной эффективности, более длительным срокам службы.
Катализаторы гидрообработки определяются индивидуально таким образом, чтобы оптимизировать удаление серы для предварительной обработки сырья для ФКК и для удаления азота для обработки сырья для гидрокрекинга. Цеолитовые и аморфные алюмосиликатные катализаторы гидрокрекинга также могут применяться в способе согласно изобретению для конверсии тяжелого сырья в более легкие продукты с большим выходом дизельного топлива. Катализаторы гидрообработки могут, например, быть основаны на сочетаниях кобальта, молибдена, никеля и вольфрама, таких как СоМо, NiMo, NiCoMo и NiW, и поддерживаться подходящими носителями. Примерами таких катализаторов являются ТК-558, ТК-559 и ТК-565 от компании Haldor Topsoe A/S. Подходящими материалами для носителя являются двуокись кремния, окись алюминия, двуокись кремния - окись алюминия, двуокись титана и другие поддерживающие материалы, известные из уровня техники. В катализатор могут быть включены и другие компоненты, например фосфор,
Катализаторы гидрокрекинга могут включать в себя аморфный крекирующий компонент и (или) цеолит, такой как цеолит Y, ультрастабильный цеолит Y, деалюминированные цеолиты и т.д. Могут быть включены также сочетания никеля и (или) кобальта с молибденом и (или) вольфрамом. Примерами служат ТК-931, ТК-941 и ТК-951 от компании Haldor Topsoe A/S. Катализаторы гидрокрекинга также поддерживаются подходящими носителями, такими как двуокись кремния, окись алюминия, двуокись кремния-окись алюминия, двуокись титана и другие обычные материалы, известные из уровня техники. Другие компоненты, такие как фосфор, могут быть включены в качестве ускорителей химической активности.
-1
-1
3
3
Условия реакции в реакторе гидрообработки включают в себя температуру между 325°С-425°С, часовая объемная скорость жидкости (ЧОСЖ) в пределах от 0,3 ч до 3,0 ч, соотношение газ/нефть 500-1000 нормальных м/м и давление в реакторе 80-140 бар.
-1
-1
3
3
Условия реакции в реакторе гидрокрекинга включают в себя температуру в реакторе между 325°C-425°С, часовая объемная скорость жидкости (ЧОСЖ) в пределах от 0,3 ч до 3,0 ч, соотношение газ/нефть 500-1500 нормальных м/м и давление в реакторе 80-140 бар.
Регулируемая жидкая часть может содержать 30-100 весовых % жидкой фазы, избыточная жидкая часть может содержать 0-70 весовых % жидкой фазы. Регулируемая жидкая часть предпочтительно содержит 60-95 весовых % жидкой фазы, а избыточная жидкая часть содержит 5-40 весовых % жидкой фазы.
Существующие технические условия для дизельного топлива в соответствии с европейским стандартом EN 590 EU ULSD:
Сера:
10-50 весовых частей на миллион
Плотность:
<845 кг/м<sup>3</sup>
Т95 (D-86):
<360°С
Цетановое число D-630:
>51
Цетановый индекс D-4737:
>46
Полиароматические вещества:
<11 весовых %
Существующие технические требования в соответствии со стандартом США менее строгие по сравнению с вышеуказанными техническими требованиями в соответствии с европейским стандартом.
Составляющие выхода определяются по границам истинной температуры кипения (ИТК), и в примерах используются следующие определения:
Компонент:
Границы ИТК
Нафта:
<150°С
Керосин:
150-260°С
Тяжелое дизельное топливо:
260-390°С
Дизельное топливо во всем диапазоне:
150-390°С
Неконвертированная нефть:
>390°С
Составляющие конверсии определяются следующим образом. Значения для сырья и продукты даны в %:
390°С+
390°С+
Чистая конверсия для 390°С=Сырье-Продукт
390°С+
390°С+
390°С+
Истинная конверсия для 390°С=(Сырье-Продукт)/Сырье
390°С+
Валовая конверсия для 390°С=1-Продукт
Пример 1
В данном примере система разделения жидкости и пара встроена в реактор гидрообработки. Данный пример показывает, как различные пределы кипения для потока, выходящего из реактора гидрообработки, расщепляются при мгновенном испарении на выпускном устройстве и выпускной трубе в системе разделения жидкости и пара.
Температура и давление в реакторе гидрообработки приведены для начальных условий в таблице 1, а для конечных условий - в таблице 2.
Таблица 1
Давл. 87,5 бар (м) Темп. 396°С
Нафта (С5-150°С)
Реактивное топливо (150-260°С)
Дизельное топливо (260-390°С)
Газойль (390°С+)
Весовых % в паровой фазе
73,9
58,4
23,8
5,2
Весовых % в жидкой фазе
26,1
41,6
76,2
94,8
Таблица 2
Давл. 87,5 бар (м) Темп. 430°С
Нафта (С5-150°С)
Реактивное топливо (150-260°С)
Дизельное топливо (260-390°С)
Газойль (390°С+)
Весовых % в паровой фазе
83,4
73,7
44,9
17,8
Весовых % в. жидкой фазе
16,7
26,3
55.1
82,2
Результаты показывают, что жидкая фаза содержит преимущественно материал, относящийся к пределам кипения газойля с добавлением некоторого количества материала, относящегося к дизельному топливу, но лишь небольшую долю реактивного топлива и нафты. Материал, относящийся к пределам кипения дизельного топлива, из реактора гидрообработки, имеет относительно низкое содержание серы и высокую плотность, и он имеет высокое содержание моноароматических веществ, так что он более пригоден в качестве сырья для ФКК по сравнению с высококачественным СНСД.
Способ согласно изобретению дает значительные экономические выгоды, как показано в таблице 2.
Пример 2 (сравнительный)
Данный пример показывает, как улучшается качество дизельного топлива в пределах кипения 260-390°С при дополнительном гидрокрекинге по сравнению только с гидрообработкой ТВГО. Результаты приведены в таблице 3. Дизельное топливо в диапазоне 260-390°С получается при давлении водорода 80 бар.
Таблица 3
Свойства
Исходящий поток из реактора гидрообработки
37% конверсия в реакторе гидрокрекинга
66% конверсия в реакторе гидрокрекинга
Сера, весовых частей на миллион
45
<10
<10
Удельная плотность
0,890
0,881
0,860
Цетановое число
44,6
46,7
51,7
D-976
Полное количество ароматических веществ, весовых %
46,2
40,0
31,6
Результаты в таблице 3 демонстрируют качество улучшения ТВГО при снижении удельной плотности и повышении цетанового индекса.
Пример 3 (сравнительный)
Данный пример демонстрирует упрощенное сравнение традиционного процесса гидрокрекинга среднего давления и процесса гидрокрекинга высокого давления по сравнению с процессом согласно изобретению, то есть с процессом гидрокрекинга среднего давления с частичной конверсией. Как в СГК, так и в процессе согласно изобретению использовался одинаковый уровень давления. Использовалось достаточное количество катализатора для уровня серы, соответствующего СНСД (10 весовых частей на миллион). В таблице 4 приведены показатели, которые можно получить в процессе согласно изобретению.
Таблица 4
Тип процесса
ГК среднего давления
ГК парциального давления
Процесс согласно изобретению
Давление в реакторе, бар (м)
100
160
100
Валовая конверсия<sup>(1)</sup>, об.%
30
30
30
Выход дизельного топлива<sup>(2)</sup>,
31,0
31,5
28,0
об.%
Сера в дизельном топливе,
10
10
10
весовых частей на миллион
Плотность дизельного
875
845
845
топлива, кг/м<sup>3</sup>
Цетановое число, D-4737
46
52
47
Общая стоимость с
1,0
1,3
1,1
Установкой<sup>(3)</sup>
Потребность в водороде
1,0
1,8
1,3
(1) 100 минус объемный процент сырья для ФКК со дна ректификационной колонны
(2) Границы полного диапазона дизельного топлива, 150-360°С ИТК (истинная температура кипения)
(3) Стоимость относительно установки ГК среднего давления (не включает расходы на получение водорода).
Результаты, приведенные в таблице 4, показывают, что в процессе СКГ невозможно получить эквивалентную плотность дизельного топлива и цетановое число по сравнению с процессом согласно изобретению. Повышение давления водорода для достижения достаточного ароматического насыщения, чтобы плотность дизельного топлива сравнялась с получаемой в изобретении, требует для обычной установки гидрокрекинга повышения рабочего давления примерно на 60%, как показывают результаты в таблице 4.
По оценкам, для установки, обрабатывающей 5000 тонн в день суммарной загрузки, процесс согласно изобретению позволяет сэкономить от 10 до 20 миллионов евро капитальных затрат по сравнению с обычным одноэтапным реактором гидрокрекинга высокого давления с частичной конверсией, вырабатывает продукт такого же качества. Кроме того, в устройстве согласно изобретению водород используется более эффективно, что ведет к экономии 250000 нормальных кубических метров водорода в день. Годовая экономия эксплуатационных расходов, рассчитанная на основе потребности в водороде, составит 2-3 миллиона евро. Расходы на энергию снижаются относительно расходов для варианта реактора гидрокрекинга высокого давления, преимущественно вследствие уменьшения подпитки водородом и требованиям к рециркуляционному сжатию.