СПОСОБ КОНВЕРСИИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ОСТАТКА, ИСПОЛЬЗУЯ ДЕАСФАЛЬТИЗАЦИЮ И ЗАМЕДЛЕННОЕ КОКСОВАНИЕ
METHOD OF CONVERTING HYDROCARBON RESIDUES USING DEASPHALTING AND SLOWED COKING

Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к обработке тяжелых нефтяных осадков переработки сырой нефти. Более конкретно, настоящее изобретение относится к интеграции процесса деасфальтизации растворителем и процесса замедленного коксования.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Деасфальтизация растворителем представляет собой процесс, который разделяет тяжелое углеводородное масло на две фазы, асфальтовую фазу, которая содержит вещества с относительно низким отношением водорода к углероду, часто называемые материалами типа асфальтенов, и деасфальтированную масляную фазу, которая содержит вещества парафинистого типа с относительно высоким отношением водорода к углероду, часто называемые деасфальтированной нефтью (DAO). Таким образом, можно сказать, что деасфальтизация растворителем возможна, поскольку различные соединения имеют различную аффинность в растворе относительно друг друга, и некоторые комбинации являются полностью смешиваемыми, тогда как другие комбинации являются практически несмешиваемыми. Способность растворителя различать материалы асфальтенового типа с высоким отношением углерода к водороду и материалы парафинистого типа с низким отношением углерода к водороду называется селективностью.
Деасфальтизация растворителем тяжелых остаточных углеводородных масел при помощи растворителей для удаления загрязняющих веществ, таких как асфальтены, металлы и серосодержащие компоненты, долгое время было стандартной практикой при обработке в нефтеперерабатывающей промышленности. В эпоху высоких цен на сырую нефть нефтепереработчики предпочитают обрабатывать более дешевую тяжелую сырую нефть. Можно повышать качество большого количества остатка, образующегося из тяжелой сырой нефти, посредством процесса деасфальтизации растворителем с получением DAO для вторичных процессов.
5
Деасфальтизация растворителем гудрона главным образом используется для получения LOBS (базовых компонентов смазочных материалов). Однако способ также используют для получения большего количества сырья для процессов вторичной конверсии, таких как каталитический крекинг с взвешенным катализатором (FCC) и гидрокрекинг, чтобы повысить качество тяжелых остатков и увеличить выход дистиллята. Обычно деасфальтизация пропаном используется главным образом для получения сырья для LOBS, и несколько более тяжелые парафинистые растворители используют для получения сырья для процесса конверсии. Деасфальтизация пропаном дает DAO высокого качества, подходящую для получения LOBS с ограниченным выходом DAO, тогда как использование более тяжелого растворителя, например, С углеводородов, дает повышенный выход DAO в ущерб качеству. Таким образом, выбор растворителя для деасфальтизации проводят на основе требований к выходу DAO и уровню удаления загрязняющих веществ, что приводит к необходимости в двух различных технологических установках.
2
2
Использование легкого углеводорода для повышения качества тяжелых углеводородных масел является объектом многих патентов, например, US 4502944, US 4747936, US 4191639 US 3975396, US 3627675 и US 2729589. Об использовании смеси пропана, СО, HS сообщается в документе US 4191639, и повышение выхода DAO такого же качества также указывается.
Замедленное коксование представляет собой процесс, используемый на нефтеперерабатывающих заводах для крекинга нефтяных остатков, таким образом превращая их в потоки газообразных и жидких продуктов и оставляя твердый, углеродистый нефтяной кокс. Избыток образования малоценного нефтяного кокса в установке замедленного коксования вызывает проблемы переработки кокса, а также снижает рентабельность. Для улучшения степени конверсии сырья на основе тяжелых углеводородных остатков в уровне техники использовали различные конфигурации способа, в которых используют комбинацию процессов замедленного коксования и деасфальтизации растворителем.
В патенте США №3617481 раскрыта комбинация процессов деасфальтизации-коксования-гидрообработки. Сырье на основе углеводородных остатков сначала деасфальтируют в деасфальтирующем экстракторе, а затем асфальтосмолистые вещества коксуют с получением коксового остатка путем непосредственного направления в реактор коксования. Металлсодержащий кокс газифицируют в газификаторе в присутствии пара и указанный активированный кокс используют для гидрообработки.
В патенте США №6673234 описана комбинация процессов деасфальтизации растворителем низкой степени и замедленного коксования. На первой стадии деасфальтизацию растворителем низкой степени используют для удаления тяжелой асфальтеновой части сырья на основе углеводородных остатков, на которой выход деасфальтированной нефти находится в диапазоне от 70 до 95 масс. % сырья на основе углеводородных остатков. На второй стадии деасфальтированную нефть, содержащую меньшее количество асфальтенов по сравнению с сырьем на основе углеводородных остатков, вместе с необязательной подачей углеводородных остатков подают в секцию замедленного коксования способа. Основной целью способа является получение нефтяного кокса высшего качества из сырья на основе углеводородных остатков.
В патенте США №9296959 описана интеграция деасфальтизации растворителем с гидрообработкой остатков и замедленным коксованием. Первая стадия этого способа состоит в деасфальтизации растворителем сырья на основе углеводородных остатков с получением трех фракций, а именно, деасфальтированной нефти, смолы и пека. Пар смолы подвергают гидрообработке, при которой образуются и извлекаются более легкие углеводороды. Гидрообработанную смолу и пек объединяют вместе и направляют в секцию замедленного коксования. В варианте осуществления поток гидрообработанной смолы дополнительно подвергают экстракции растворителем для извлечения более легкого материала перед направлением в секцию замедленного коксования.
В патенте США заявке №2017/0029720 описан улучшенный способ интеграции деасфальтизации растворителем и замедленного коксования, в котором деасфальтированную нефть направляют в установку замедленного коксования для коксования. В варианте осуществления деасфальтизацию растворителем проводят в присутствии адсорбирующего вещества для удаления полициклических ароматических углеводородов, соединений серы и азота.
Видно, что в уровне техники были описаны различные схемы, где использовалась комбинация процессов деасфальтизации растворителем и замедленного коксования. Но ни в одной из схем не решена проблема удаления рециркулирующей фракции из сырья замедленного коксования. В случае, где пек после деасфальтизации гудрона направляют непосредственно в куб фракционирующей колонны установки замедленного коксования, рециркулирующую фракцию будут смешивать с пеком. Этот пек с рециркулирующей фракцией при подвергании замедленному коксованию в коксовых барабанах дает ухудшенную модель выхода в отношении более высокого выхода кокса. В случае, где фракционирующая колонна работает с нулевым рециклом, где избегается конденсация тяжелого материала из паров продукта, поступающих во фракционирующую колонну, качество более тяжелых продуктов, таких как тяжелый газойль коксования (HCGO) и жидкое топливо коксования (CFO), ухудшается в отношении повышения плотности, CCR и содержания асфальтенов, влияя на находящиеся ниже по потоку процессы, такие как установка для гидрокрекинга. Ввиду этого предпочтительно иметь схему процесса, в которой качество HCGO и CFO не ухудшается, в то же время снижается коэффициент рециркуляции в интегрированной схеме процессов деасфальтизации растворителем-замедленного коксования.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Данное краткое раскрытие обеспечено для представления в упрощенной форме выбора концепций, которые далее описаны в подробном раскрытии настоящего изобретения. Данное краткое раскрытие не предназначено для определения ключевых или важных идей заявленного объекта изобретения, а также не предназначено для определения объема заявленного объекта изобретения.
Настоящее изобретение, реализованное и широко описанное в настоящем документе, раскрывает интегрированный способ коксования и деасфальтизации растворителем, причем способ предусматривает подачу сырья вблизи куба фракционирующей колонны с получением смешанного сырья, извлекаемого из куба фракционирующей колонны, контакт смешанного сырья с растворителем в экстракторе с получением потока пека, содержащего асфальтеновую фракцию, и главным образом парафинистого потока, содержащего деасфальтированную нефть и растворитель, пропускание потока пека в десорбер для растворителя пека с получением потока твердого пека и растворителя, нагревание потока твердого пека в печи до температуры коксования с получением потока горячего пека, перенос потока горячего пека в один из множества коксовых барабанов, где его подвергают реакции термического крекинга с получением углеводородных паров и кокса, пропускание углеводородных паров в фракционирующую колонну с получением продукционной фракции.
В схеме интегрированного способа деасфальтизации растворителем-замедленного коксования, описанной в настоящем документе, качество HCGO и CFO не ухудшается, и в то же время снижается коэффициент рециркуляции. Следовательно, способ настоящего изобретения дает более высокий выход и лучшее качество желаемых продуктов.
Объект настоящего изобретения
Основным объектом настоящего изобретения является обеспечение улучшенного и гибкого способа деасфальтизации для обработки тяжелых нефтяных осадков переработки сырой нефти.
Другой объект настоящего изобретения, в частности, относится к процессу замедленного коксования, процессу, используемому на нефтеперерабатывающих заводах для крекинга нефтяных остатков, таким образом превращая их в потоки газообразных и жидких продуктов и оставляя твердый, углеродистый нефтяной кокс.
Еще один объект настоящего изобретения состоит в обеспечении процесса деасфальтизации растворителем, в котором сырье на основе углеводородных остатков, такое как слабо крекированная нефть или гудрон, смешивают с более легкими растворителями для удаления обогащенной асфальтенами фазы из сырья.
Краткое описание фигур
Вышеуказанные аспекты и другие признаки настоящего изобретения будут пояснены в следующем описании, взятом вместе с приложенными фигурами, на которых:
на фиг. 1 показана принципиальная схема процесса настоящего изобретения;
на фиг. 2 показана принципиальная схема обычного способа интеграции деасфальтизации растворителем с установкой замедленного коксования;
на фиг. 3 показана принципиальная схема способа настоящего изобретения.
Описание настоящего изобретения
Прежде всего, следует понимать, что хотя типичные реализации вариантов осуществления настоящего изобретения показаны ниже, настоящее изобретение может осуществляться при помощи любого числа техник или известных на данный момент, или существующих. Настоящее раскрытие никоим образом не должно быть ограничено типичными реализациями и техниками, показанными ниже, но может быть модифицировано в пределах объема приложенной формулы изобретения вместе с полным объемом ее эквивалентов.
Терминология и структура, используемые в данном документе, представлены для описания, определения и отображения некоторых вариантов осуществления и их конкретных признаков и элементов и не ограничивают, не сужают или не уменьшают объем формулы изобретения или ее эквивалентов.
Ссылка во всем описании на «аспект», «другой аспект» или подобное означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в отношении варианта осуществления, включены по меньшей мере в один вариант осуществления настоящего изобретения. Таким образом, возникновение в данном описании фразы «в варианте осуществления», «в другом варианте осуществления» и подобных может, но не обязательно, относиться к одному и тому же варианту осуществления.
Выражения «содержит», «содержащий» или любые другие их варианты предназначены охватывать неисключительное включение, так что процесс или способ, который включает перечень стадий, включает не только эти стадии, а может включать другие стадии, точно не указанные или не характерные такому процессу или способу.
Если не указано иное, все технические и научные выражения, используемые в настоящем документе, имеют такое же значение, как обычно понимается специалистом в области техники, к которой относится изобретение. Система, способы и примеры, обеспеченные в настоящем документе, являются только иллюстративными и не предназначены для ограничения. Варианты осуществления настоящего изобретения будут ниже описаны подробно со ссылкой на приложенные фигуры.
Любые конкретные или все детали, указанные в данном документе, используют в контексте некоторых вариантов осуществления и, таким образом, НЕ должны рассматриваться как ограничивающие факторы для приложенной формулы изобретения. Приложенная формула изобретения и ее правомерные эквиваленты можно реализовать в контексте вариантов осуществления, отличных от используемых в качестве типичных примеров в описании ниже.
В варианте осуществления представлен интегрированный способ коксования и деасфальтизации растворителем, причем способ предусматривает подачу сырья [1] вблизи куба фракционирующей колонны [2] с получением смешанного сырья [3], извлекаемого из куба фракционирующей колонны; контакт смешанного сырья [3] с растворителем [5] в экстракторе [4] с получением потока [6] пека, содержащего асфальтеновую фракцию, и главным образом парафинистого потока [10], содержащего деасфальтированную нефть и растворитель; пропускание потока [6] пека в десорбер [7] для растворителя пека с получением потока [8] твердого пека и растворителя; нагревание потока [8] твердого пека в печи [16] до температуры коксования с получением потока [17] горячего пека; перенос потока [17] горячего пека в один из множества коксовых барабанов [18, 19], где его подвергают реакции термического крекинга с получением углеводородных паров [20] и кокса; пропускание углеводородных паров [20] в фракционирующую колонну [2] с получением продукционной фракции.
Согласно аспекту настоящего объекта в указанном варианте осуществления смешанное сырье [3] содержит сырье [1] и поток внутреннего рецикла в диапазоне от 5 до 80 масс. % сырья.
Согласно аспекту настоящего объекта в указанном варианте осуществления отношение растворителя к смешанному сырью на стадии (b) находится в диапазоне от 2:1 до 50:1.
Согласно аспекту настоящего объекта в указанном варианте осуществления парафинистый поток [10] переносят в сепаратор [11] растворителя для получения растворителя и деасфальтированной нефти [12].
Согласно аспекту настоящего объекта в указанном варианте осуществления парафинистый поток [10] также содержит более легкую парафинистую фракцию потока внутреннего рецикла.
Согласно аспекту настоящего объекта в указанном варианте осуществления растворитель извлекают из деасфальтированной нефти [12] в десорбере [13] для растворителя нефти с получением растворителя и остаточной деасфальтированной нефти [14].
Согласно аспекту настоящего объекта в указанном варианте осуществления растворитель, извлеченный из десорбера [7] для растворителя пека, сепаратора [11] растворителя и десорбера [13] для растворителя нефти, рециркулируют в экстрактор [4].
Согласно аспекту настоящего объекта в указанном варианте осуществления растворитель выбирают из группы, состоящей из углеводородов с 3-7 атомами углерода и их смесей.
Согласно аспекту настоящего объекта в указанном варианте осуществления экстрактор [4] работает при температуре в диапазоне 55-300°C.
2
Согласно аспекту настоящего объекта в указанном варианте осуществления экстрактор [4] работает под давлением в диапазоне 1-60 кг/см (изб.).
Согласно аспекту настоящего объекта в указанном варианте осуществления коксовые барабаны [18, 19] работают при температуре в диапазоне 470-520°C.
2
Согласно аспекту настоящего объекта в указанном варианте осуществления коксовые барабаны [18, 19] работают под давлением в диапазоне 0,5-5 кг/см (изб.).
Согласно аспекту настоящего объекта в указанном варианте осуществления время удержания потока [17] горячего пека в коксовых барабанах [18, 19] находится в диапазоне 10-26 часов.
3
Согласно аспекту настоящего объекта в указанном варианте осуществления сырье [1] имеет содержание коксового остатка по Конрадсону в диапазоне 4-30 масс. % и плотность в диапазоне 0,95-1,08 г/см.
Согласно аспекту настоящего объекта в указанном варианте осуществления сырье [1] выбирают из гудрона, мазута, сланцевого масла, коксового дегтя, осветленного масла, остаточного масла, тяжелого воскообразного дистиллята, выделенного при потении парафина масла, некондиционной нефти или смеси углеводородов.
Согласно аспекту настоящего объекта в указанном варианте осуществления продукционная фракция представляет собой отходящий газ, выбранный из группы, состоящей из LPG и нафты [21], керосина [22], легкого газойля [23] коксования, тяжелого газойля [24] коксования и жидкого топлива [25] коксования.
3
3
Жидкое углеводородное сырье, подходящее для использования в способе, раскрытом в настоящем документе, выбирают из углеводородных остатков, таких как слабо крекированная нефть, кубовый остаток вакуумной перегонки нефти, топочный мазут из куба закалочной колонны установки замедленного коксования и пр. Содержание коксового остатка по Конрадсону сырья может составлять свыше 4 масс. %, предпочтительно в диапазоне от 4 масс. % до 30 масс. %, а плотность может быть минимум 0,95 г/см, предпочтительно в диапазоне от 0,95 до 1,08 г/см.
2
Секция деасфальтизации растворителем способа, раскрытого в настоящем документе, работает при отношении растворителя к нефти в диапазоне от 2:1 до 50:1. Растворители, которые подходят для использования, включают парафинистые углеводороды с углеродными числами в диапазоне от 3 до 7. Сжиженный нефтяной газ можно также использовать в качестве растворителя для этой секции. Рабочая температура экстрактора может изменяться от 55 до 300°C, а давление - от 1 до 60 кг/см (изб.). Растворитель извлекают при помощи работы в сверхкритическом режиме, известной в данной области техники, и рециркулируют после извлечения.
2
2
Коксовые барабаны в секции замедленного коксования способа, раскрытого в настоящем документе, работают в более тяжелом режиме с желаемой рабочей температурой в диапазоне от 470 до 520°C, предпочтительно от 480°C до 500°C, и желаемом рабочем давлении в диапазоне от 0,5 до 5 кг/см (изб.), предпочтительно от 0,6 до 3 кг/см (изб.). Время удержания, обеспечиваемое в коксовых барабанах, составляет более 10 часов, предпочтительно в диапазоне 10-26 часов.
На фиг. 1 показан интегрированный процесс коксования и деасфальтизации растворителем. Сырье (1) направляют в куб фракционирующей колонны (2), где оно смешивается с фракцией внутреннего рецикла и отводится из куба фракционирующей колонны в виде смешанного сырья (3). Смешанное сырье затем направляют в экстрактор (4), где оно смешивается с растворителем (5), и более тяжелая ароматическая фракция, содержащая асфальтены, отделяется и отводится из куба экстрактора в виде потока (6) пека. Поток пека затем направляют в десорбер (7) для растворителя пека, где происходит десорбция паром более летучего растворителя. Парафинистый поток из верхней части экстрактора, содержащий деасфальтированную нефть и растворитель (10), направляют в сепаратор (11) растворителя. Деасфальтированную нефть (12), содержащую небольшие количества растворителя из сепаратора растворителя, затем направляют в десорбер (13) для растворителя нефти для дополнительного извлечения растворителя. Потоки (5, 9, 15) извлеченного растворителя направляют назад в экстрактор (4). Поток (8) пека, выходящий из десорбера для растворителя пека, направляют в печь (16) для нагревания до температур замедленного коксования. Поток (17) горячего пека, выходящий из печи, затем направляют в один из двух коксовых барабанов (18, 19), где обеспечивают длительное время удержания сырья для завершения реакций термического крекинга. Пары (20) продукционных углеводородов, выходящие из коксового барабана, направляют во фракционирующую колонну (2) для дополнительного разделения на желаемые продукты. Газообразные продукты (21), выходящие из верхней части фракционирующей колонны, направляют в секцию концентрирования газов для дальнейшего разделения. Жидкие продукты, такие как керосин (22), легкий газойль коксования (LCGO) (23), тяжелый газойль коксования (HCGO) (24) и жидкое топливо коксования (CFO) (25), также отводят из колонны.
На фиг. 2 показан обычный режим интегрированной установки деасфальтизации растворителем с установкой замедленного коксования; она описывает выполняемую обычно интеграцию деасфальтизации растворителем с процессом замедленного коксования. Сырье-гудрон (30) направляют в установку (31) деасфальтизации растворителем, где получают деасфальтированную нефть (33). Пек (32) затем направляют в куб (34) фракционирующей колонны установки замедленного коксования. Пек смешивают с фракцией внутреннего рецикла и объединенный поток (36) пека и рецикла направляют в печь (37) установки замедленного коксования. Горячее сырье (38), выходящее из печи, затем направляют в коксовые барабаны (39) для реакции. Продукты (40) реакции направляют в фракционирующую колонну установки замедленного коксования для дополнительного разделения на желаемые продукты (35). Здесь, в такой схеме интеграции, качество продукта ухудшается, когда мы максимизируем выходы, из-за большей тяжести пека по сравнению с сырьем-гудроном в отношении содержания остаточного углерода. Тяжелый материал пека, направляемый в установку замедленного коксования, дает более тяжелые продукты по сравнению с теми, которые образуются из сырья-гудрона. Это требует работы фракционирующей колонны с высоким коэффициентом рециркуляции (большая фракция внутреннего рецикла, которую необходимо подавать в сырье куба) для сохранения качества продукта. Но эта работа с большим рециклом вызывает ухудшение модели выходов в секции замедленного коксования в отношении большего выхода кокса по сравнению с работой с небольшим рециклом.
На фиг. 3 показан вариант осуществления способа настоящего изобретения, сырье-гудрон (41) направляют непосредственно в куб фракционирующей колонны (42) установки замедленного коксования. Фракционирующая колонна работает с высоким коэффициентом рециркуляции, и фракция внутреннего рецикла смешивается с сырьем-гудроном, и объединенный поток (44) сырья направляют в установку (45) деасфальтизации растворителем. В установке деасфальтизации растворителем деасфальтированную нефть вместе с более легкими углеводородами фракции внутреннего рецикла выделяют в виде деасфальтированной нефти (51). Пек вместе с тяжелыми углеводородами рециркулирующей фракции (46) направляют в печь (47). Поток (48) горячего сырья, выходящий из печи, затем направляют в коксовые барабаны (39) для реакций. Парообразные продукты (50) реакции направляют во фракционирующую колонну (42) для разделения на желаемые продукты.
Способ, интегрирующий коксование и деасфальтизацию растворителем, дополнительно показан следующими неограничивающими примерами.
Пример 1
Сырье-гудрон со свойствами, показанными в таблице 1, брали для исследования.
На первой стадии указанное сырье-гудрон подвергали деасфальтизации растворителем при двух отношениях растворитель/нефть. Выход деасфальтированной нефти 23 и 50 масс. % получали после процесса деасфальтизации. Подробности экспериментов деасфальтизации растворителем представлены в таблице 2.
Пек затем подвергают коксованию в экспериментальном реакторе для коксования периодического действия. Эксперимент проводили при помощи сырья-гудрона также в реакторе для коксования периодического действия для сравнения данных. Результаты экспериментов в реакторе для коксования периодического действия представлены в таблице 3.
Пример 2
Другой набор экспериментов проводили при помощи деасфальтизации растворителем, используя растворитель н-пентан, и периодическое коксование, в котором использовали сырье-гудрон из таблицы 1. Подробности экспериментов деасфальтизации растворителем представлены в таблице 4.
Пек затем подвергают коксованию в экспериментальном реакторе для коксования периодического действия. Эксперимент проводили также при помощи сырья-гудрона в реакторе для коксования периодического действия для сравнения данных. Результаты экспериментов в реакторе для коксования периодического представлены в таблице 5.
Пример 3
Обеспечивается случай в виде таблицы 6, где сравниваются обобщения потоков двух схем. Можно увидеть, что в первом случае 100 м.т./ч сырья-гудрона направляют на деасфальтизацию растворителем (SDA), в ходе которой образуется 50 масс. % пека и DAO. Пек затем направляют в фракционирующую колонну установки замедленного коксования, где он смешивается с 5 м.т./ч рециркулирующей фракции (при 10% рецикла) и поступает в коксовые барабаны.
Во втором случае 100 м.т./ч сырья-гудрона направляют в основную фракционирующую колонну DCU (установки замедленного коксования), где оно смешивается с 10 м.т./ч рециркулирующей фракции (при 10% рецикла) и поступает в установку SDA. Рециркулирующая фракция обычно содержит намного меньшее количество асфальтенов по сравнению с сырьем-гудроном и, таким образом, извлекается вместе с DAO (50+10 м.т./ч). Чистый пек направляют в коксовые барабаны для реакций замедленного коксования, при этом обеспечивая работу секции замедленного коксования с нулевым рециклом.
Хотя конкретные выражения были использованы для описания субъекта настоящего изобретения, любые ограничения, возникающие в связи с этим же, не подразумеваются. Как будет очевидно специалисту в данной области, различные работающие модификации способа можно сделать для осуществления концепции изобретения, как сообщается в данном документе. Фигуры и приведенное выше описание дают примеры вариантов осуществления. Специалисты в данной области техники оценят, что один или несколько описанных элементов можно объединять в один функциональный элемент. Альтернативно, некоторые элементы могут быть разделены на множество функциональных элементов. Элементы из одного варианта осуществления можно добавлять в другой вариант осуществления.