ИЗБИРАТЕЛЬНЫЙ РЕЦИКЛ ТЯЖЕЛОГО ГАЗОЙЛЯ ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ИНТЕГРАЦИИ ПЕРЕГОНКИ ТЯЖЕЛОЙ НЕФТИ И ПЕРЕРАБОТКИ ВАКУУМНОГО ГАЗОЙЛЯ
SELECTIVE RECYCLING OF HEAVY GASOIL FOR PURPOSE OF OPTIMAL INTEGRATION OF HEAVY CRUDE OIL AND VACUUM GAS OIL REFINING

Уровень техники
Углеводородные соединения используются для различных целей. В частности, углеводородные соединения используются в качестве топлива, растворителей, обезжиривателей, чистящих средств и исходных продуктов для получения полимеров. Наиболее важным источником углеводородных соединений является сырая нефть. Переработка сырой нефти на отдельные фракции углеводородных соединений является хорошо известным процессом.
Вообще говоря, нефтеперерабатывающий завод получает сырую нефть и производит из нее самые различные углеводородные продукты следующим образом. Сырой продукт первоначально подается в колонну для перегонки сырой нефти, разделяющую ее на самые различные компоненты, включая нафту, дизельное топливо и атмосферные остатки (которые кипят при температуре приблизительно выше 343°C).
Атмосферные остатки из колонны для перегонки сырой нефти затем подаются для дальнейшей переработки в вакуум-перегонный куб, где она дальше разделяется на поток тяжелых вакуумных остатков (например, с температурой кипения выше 566°C) и на поток вакуумного газойля (ВГ, VGO) (с номинальной температурой кипения от 343 до 566°C). В этом месте тяжелые остатки вакуумной перегонки, полученные в качестве продукта, могут быть подвергнуты дальнейшей обработке для удаления нежелательных примесей или переработке в полезные углеводородные продукты.
Для переработки потока остатков вакуумной перегонки были разработаны и реализованы технологии (псевдо)кипящего слоя, которые имеют многочисленные преимущества в отношении рабочих характеристик и эффективности, особенно для тяжелого нефтяного сырья. Этот процесс в общем описан в патенте США № Re 25770, выданном Johanson, указанном здесь в качестве ссылки. Переработка остатков вакуумной перегонки обычно включает в себя их превращение в более легкокипящие продукты с повышением качества (уменьшением количества примесей) конвертированных продуктов переработки и в неконвертированный остаток вакуумной перегонки.
Процесс с кипящим слоем включает в себя пропускание параллельно текущих потоков жидкостей или суспензий из жидкостей и твердых веществ и газа через вертикальную цилиндрическую емкость, содержащую катализатор. Катализатор приводится в движение в жидкости, и его общий объем при диспергировании в жидкой среде будет больше объема его неподвижной массы. Эта технология используется при повышении качества типового остатка вакуумной перегонки в виде тяжелых жидких углеводородов или при переработке каменного угля в синтетические масла.
Описанное здесь изобретение является улучшенной схемой, которая оптимально интегрирует перегонку тяжелой нефти/улучшение качества остатков вакуумной перегонки и предпочтительно гидроочистку/гидрокрекинг, как составляющую процесса переработки вакуумного газойля. Изобретение может быть применено в широком круге областей, включая системы реакторов с кипящим слоем, системы с неподвижным слоем, системы реакторов с суспезией диспергированного катализатора и их комбинации, включая, но не только, нефтяные атмосферные или вакуумные остатки, каменный уголь, лигнит, потоки углеводородных отходов или их комбинации.
Изобретение включает в себя создание и рецикл определенного продукта из вакуум-перегонного куба (тяжелого-тяжелого ВГ или ТТВГ) обратно в реактор переработки тяжелой нефти. Рецикл является фракцией, обычно кипящей в диапазоне температур 454-566°C и содержащей большинство из критических загрязнений, включая значение CCR (коксуемость по Конрадсону) и количество примесей, нерастворимых в гептане для всего ВГ продукта.
Оставшийся ВГ (например, легкие фракции ВГ и средние фракции ВГ), который направляется в аппарат гидроочистки или гидрокрекинга, имеет значительно меньшее значение CCR и количество асфальтенов и поэтому легче перерабатывается. Вакуумный перегонный куб в этом изобретении, с помощью которого перегонкой разделяют поэтапно продукты, обычно способен производить четыре продукта, включая (в порядке диапазона температур кипения) ЛВГ - легкий вакуумный газойль; СВГ - средний вакуумный газойль; ТТВГ - тяжелый-тяжелый вакуумный газойль; и осадок вакуумной перегонки - остаток. СВГ будет также иметь меньше остатка вакуумной перегонки, больше всего способствующего деактивированию катализатора в аппарате гидроочистки.
Поток ТТВГ затем подвергают переработке, включая крегинг и гидрогенизацию, при рециклировании его назад в реактор перегонки тяжелой нефти, при этом все продукты вакуумной перегонки газойля будут представлять ЛВГ, СВГ и продукт с температурой кипения в диапазоне как у дизельного топлива.
Сущность изобретения
Объектом этого изобретения является предлагаемая новая конфигурация реактора для оптимальной переработки подаваемых тяжелых остатков вакуумной перегонки с получением подходящего сырья для гидроочистки/гидрокрекинга продукта перегонки вакуумного газойля (ВГ).
Новые отличительные особенности этого изобретения включают в себя получение посредством разделения в вакууме отдельного ТТВГ-продукта из вакуум-перегонного куба в процессе вакуумной переработки тяжелой нефти, в результате чего получают такие продукты, как легкий и средний вакуумные газойли. Этот СВГ будет иметь повышенное качество и будет подходящим для типовых процессов вакуумной переработки нефти и обладать минимальным риском в отношении нежелательного переноса остатка вакуумной перегонки в сырье, подаваемое в установку для переработки ВГ.
Другой новой отличительной особенностью изобретения является рециклирование ТТВГ-потока в реактор для перегонки, предпочтительно до окончания процесса, что приводит к увеличенной селективности по более ценному дизельному топливу в кубе для перегонки тяжелой нефти.
Изобретение далее может быть описано следующим образом: в процессе перегонки/улучшения качества тяжелого остатка вакуумной перегонки и переработки вакуумного газойля, где сначала перерабатывают вакуумный остаток посредством установки для улучшения качества продукта перегонки тяжелой нефти с целью получения потока тяжелого вакуумного газойля (ТВГ) для дальнейшей его гидроочистки, при этом улучшение включает в себя:
отделение части указанного потока тяжелого вакуумного газойля для получения потока тяжелого-тяжелого вакуумного газойля (ТТВГ), причем указанный поток ТТВГ имеет более 90% содержимого с температурой кипения в диапазоне 454-566°C, которое затем рециклируется обратно в установку для улучшения качества продукта перегонки тяжелой нефти.
Рециклирование приводит к перегонке ТТВГ с более высоким общим выходом дизельного топлива и к подаче более легкого и более простого для переработки СВГ продукта в аппарат для гидроочистки ВГ, расположенный ниже по потоку. Изобретение поэтому дает возможность осуществить более желательную селективность куба перегонки тяжелой нефти и получить более экономически эффективную установку переработки вакуумного газойля.
Более конкретно, изобретение относится к способу перегонки тяжелого вакуумного остатка и переработке вакуумного газойля, в котором сырье в виде вакуумного остатка сначала обрабатывается на этапе перегонки тяжелой нефти, при этом указанный способ включает в себя:
вакуумное разделение отходящего потока из указанного этапа перегонки с получением потока тяжелого-тяжелого вакуумного газойля (ТТВГ), при этом указанный ТТВГ-поток имеет более 90% масс. содержимого с температурой кипения в диапазоне 449-566°C, часть которого затем рециклируется назад на этап перегонки тяжелой нефти.
В предпочтительном варианте воплощения при вакуумном разделении также получают легкий вакуумный газойль (ЛВГ), в котором 90-100% масс. кипят ниже 538°C, средний вакуумный газойль (СВГ) с температурой кипения между ЛВГ и ТТВГ и продуктом в виде вакуумных остатков, и по меньшей мере часть указанного ЛВГ и/или СВГ подвергают гидроочистке, и необязательно по меньшей мере часть указанных вакуумных остатков может быть рециклирована в этап перегонки тяжелой нефти.
Предпочтительный способ перегонки атмосферного или вакуумного остатка включает в себя:
5
+
a) подачу атмосферного или вакуумного остатка в реактор перегонки тяжелой нефти, при этом по меньшей мере 40% указанного атмосферного или вакуумного остатка имеет температуру кипения выше 1000°F (538°C), и указанный реактор работает в условиях: температура в диапазоне 750-850°F (399-454°C), массовая часовая скорость подачи жидкости от 0,10 до 3,0 и впускное парциальное давление водорода 1000-3000 psia (1psia=6894,7 Па); и разделение отходящего потока на конвертированный отходящий поток полного диапазона (C ) и на неконвертированный отходящий поток остатка (с температурой кипения выше 650°F (343°C)).
b) подачу указанного неконвертированного остатка в куб вакуумной перегонки для разделения указанного неконвертированного остатка на потоки вакуумного газойля, включающие поток легкого вакуумного газойля (ЛВГ), поток среднего вакуумного газойля (СВГ), поток тяжелого-тяжелого вакуумного газойля (ТТВГ), кипящего при 454-566°C, и на поток вакуумного остатка (с температурой кипения выше 566°C);
c) гидроочистку или гидрокрекинг указанного потока легкого вакуумного газойля и потока среднего вакуумного газойля;
d) рецикл по меньшей мере части указанного ТТВГ-потока, возможно вместе с потоком неконвертированного вакуумного остатка, в реактор перегонки тяжелой нефти; и
e) этот рецикл ТТВГ приводит к более высокой выходной селективности этапа перегонки тяжелой нефти и к улучшенному качеству сырья, вводимого в указанную установку для гидроочистки или гидрокрекинга ВГ, если сравнивать с этим же процессом, но без рецикла ТТВГ.
Краткое описание чертежей
Это изобретение далее будет описано со ссылкой на следующий чертеж, который является фиг.1 с изображением блок-схемы интегрированного процесса, на которой показаны новые отличительные особенности изобретения.
Подробное описание чертежей
На фиг.1 показана подробная блок-схема изобретения. Подаваемый поток 10 тяжелой нефти первоначально вводят в колонну 12 фракционирования сырой нефти, где он разделяется на целый ряд различных компонентов, включая дистилляты и атмосферные остатки (температура кипения выше 343°C).
Дистиллят 14 из колонны 12 сырой нефти затем направляется в аппарат 19 гидроочистки для дополнительной гидрогенизации и удаления гетероатомов. Поток 16 атмосферных остатков из колонны 12 для сырой нефти затем направляется для дальнейшей обработки в вакуумный перегонный куб или колонну 17, где дальше разделяется на поток 20 тяжелых вакуумных остатков (например, с температурой кипения выше приблизительно 538°C) и поток 18 вакуумного газойля (с температурой кипения от 343 до 538°C). Поток 20 тяжелых вакуумных остатков может обрабатываться для удаления нежелательных примесей и конвертироваться в полезные углеводородные продукты.
Поток 18 вакуумного газойля от вакуумной перегонной колонны 17 направляется в аппарат 23 для гидроочистки вакуумного газойля, где поток ВГ дальше перерабатывается для получения полезного углеводородного продукта. Эта дальнейшая обработка может включать в себя некоторую конверсию подаваемого ВГ в дизельное топливо (температура кипения от 204 до 343°C), а также некоторую очищающую гидрообработку перед его типовой окончательной обработкой в крекинг-аппарате для жидкостного катализа (FCC=Fluid Catalytic Cracker, не показан), где он перерабатывается в бензин и дизельные топлива.
Поток 20 вакуумного остатка из колонны 17 для вакуумной перегонки направляется в установку 21 улучшения качества тяжелого остатка. Хотя установка 21 улучшения тяжелого остатка может быть реактором с кипящим слоем, реактором с неподвижным слоем, реакционными системами с суспензией диспергированного катализатора или их комбинациями, но может быть предпочтительно использовать систему с кипящим слоем из-за ее применимости к обработке тяжелого сырья.
Установка 21 улучшения тяжелых нефтепродуктов создает поток 15 дистиллята, который затем подают в установку гидроочистки для дальнейшей гидрогенизации и удаления гетероатомов, и поток 22 неконвертированного атмосферного остатка, содержащего приблизительно 90% фракции с температурой кипения выше 343°C, указанный поток затем подают в установку 25 вакуумной перегонки для получения продукта.
Обычно основной ВГ продукт и установки вакуумной перегонки затем подают в установку гидроочистки/гидрокрекинга вакуумного газойля. Этот основной ВГ продукт обычно содержит сравнительно большое количество нерастворимых в гептане примесей, CCR, полиядерных ароматических соединений (ПЯАС, PNA) и загрязняющих металлов. Такие материалы являются хорошо известными деактиваторами катализаторов гидроочистки и гидрокрекинга. Более того, природа этих материалов требует от реактора перегонки ВГ большего объема и эксплуатации при более высоких давлениях, чем это было бы необходимо при перегонке более чистого ВГ, и это существенно увеличивает инвестиции и эксплуатационные расходы.
Однако в способе по настоящему изобретению установка 25 вакуумной перегонки используется для создания множества продуктов переработки. Установка 25 вакуумной перегонки разделяет неконвертированный атмосферный продукт на легкий вакуумный газойль (ЛВГ) 28 (90-100% масс. с температурой кипения ниже 1000°F, т.е. 538°С), на средний вакуумный газойль СВГ 26 и на поток тяжелого-тяжелого вакуумного газойля (ТТВГ) 32, и на вакуумный остаточный продукт. Суммарный ВГ продукт, который является комбинацией ЛВГ и СВГ, может быть единым потоком или, как показано на фиг.1, может дальше разделяться в аппарате вакуумной перегонки на поток легкого вакуумного газойля (ЛВГ) 28, который может быть дальше направлен в дистилляционную установку 19 гидроочистки, и на поток среднего вакуумного газойля (СВГ) 26, который затем подают в аппарат 23 гидроочистки/гидрокрекинга вакуумного газойля.
Удаление ТТВГ 32 из всего ВГ продукта значительно улучшает качество ВГ, подаваемого в установку 23 гидроочистки/гидрокрекинга, благодаря снижению уровня упомянутых загрязнений в потоке. Помимо этого большую часть ТТВГ потока 32 комбинируют вместе с возможным рециклом 30 вакуумных остатков от аппарата вакуумной перегонки с образованием общего потока рецикла 36, возвращаемого в реактор 21 для перегонки тяжелой нефти, чтобы таким образом уменьшить скорость подачи ВГ в установку 23 гидроочистки/гидрокрекинга и поэтому существенно снизить величину инвестиций в общую конфигурацию системы.
Как было упомянуто выше, часть вакуумных остатков 24 из установки 25 вакуумной перегонки может быть рециклирована обратно в установку 21 улучшения тяжелых нефтепродуктов с целью дополнительной переработки вакуумного остатка вместе с вакуумными остатками 31 от аппарата для перегонки, обычно направляемыми для использования в качестве топливного мазута, или в коксовую печь или в установку получения растворителя для деасфальтизатора (не показан).
Изобретение будет далее описано на следующем примере, который не следует истолковывать, как ограничивающий объем изобретения.
Пример 1
Для демонстрации способа и экономических преимуществ по настоящему изобретению далее описываются два случая применения реактора с кипящим слоем с использованием гидроочистки ВГ ниже по потоку. В случае 1 не имеется отдельного ТТВГ-потока из колонны вакуумной перегонки для получения продукта. В случае 2, который иллюстрирует настоящее изобретение, ТТВГ-поток отводят из колонны вакуумной перегонки, и часть его рециклируют в установку улучшения тяжелых нефтепродуктов. В обоих случаях используют одинаковый уровень конверсии вакуумного остатка, как указывается одинаковым количеством продукта - остатков вакуумной перегонки в Таблице 2. Рабочие условия и анализ сырья для сравниваемых случаев приведены в нижеследующих Таблицах 1 и 2.
Пример включает в себя обработку 200 тонн в час сырья, которое представляет собой остаток вакуумной перегонки, в установке перегонки тяжелой нефти. Общая конверсия в материал с температурой кипения выше 566°C составляет 78% масс.
В случае 2, 28 тонн в час или приблизительно 14% рецикла ТТВГ (базируясь на свежей загрузке) подавали в реакторы перегонки тяжелой нефти. Большая часть из этой выборочной ТТВГ-фракции конвертировалась в реакторе в более легкий материал. Наблюдалась незначительная очистка всего ТТВГ-продукта из установки вакуумной перегонки тяжелых нефтепродуктов.
Таблица 1Рабочие условия
Случай 1
Случай 2 (настоящее изобретение)
Нет рецикла ТТВГ
Рецикл ТТВГ
Скорость подачи сырьевого вакуумного остатка в установку перегонки тяжелой нефти, тонн/час
200
200
Конверсия вакуум. остатка, %
78
78
Скорость подачи рецикла ТТВГ, тонн/час
0
28
Подача в установкугидроочистки ВГ
Компоненты
ЛВГ+СВГТТВГ
+ЛВГ+СВГ
Скорость, тонн/час
71,1
54,5
Таблица 2
Выходы в установке перегонкитяжелых нефтепродуктов
Тонн/час (% конверсиипродукта)
Случай 1
Случай 2 (настоящее изобретение)
Нет рецикла ТТВГ
ТТВГ-продукт и рецикл
Нафта+фракционирование
23,2 (15)
24,5 (16)
Всего OVHDДизельное топливо
60,4 (39)
67,5 (44)
Всего ВГ
71,1 (46)
67,1<sup>1</sup> (40)
Вакуумный остаток
38,8 (19)
38,8 (19)
Итого
193,5 (97)
192,2 (96)
<sup>1</sup>Включая ЛВГ, СВГ и небольшое количество от всех ТТВГ
Таблица 3
Качество подаваемого ВГ в установку гидроочисткии ее работа
Качество сырья
Компонент сырья
Весь ВГ<sup>1</sup>
СВГ+ЛВГ
Скорость подачи, тонн/час
71,1
54,5
Плотность, °АНИ
17,9
18,2
C<sub>7</sub>-асфальтены, ч.н.м. масс.
~1000
<200
CCR, % масс.
0,9
0,5
Никель + ванадий, ч.н.м. масс.
4
2
Распределение по температуре кипения, % масс. (ASTM D1160)
378°C
16,7
10,0
378-500°C
58,7
80,0
500-566°C
19,9
10,0
599°C
4,7
0,0
Предельная температура, °C
611°C
538°C
Объем реактора гидроочистки
V
<0,75V
Расчетное давление в реакторе гидроочистки
P
<0,80P
<sup>1</sup>ЛВГ+СВГ+ТТВГ (в действительности не извлекается)Примечание: 378°C означает менее 378°C; 378-500°C означает от 378° до менее 500°C; 500-566°C означает от 500° до менее 566°C; 599°C означает от 599°C.
Как ясно показано в Таблице 2, случай, который включает в себя новые отличительные особенности изобретения, показывает улучшенную конверсионную селективность по отношению к более легким продуктам, включая ценный материал с диапазоном температур кипения дизельного топлива. Селективность по нафте плюс продукт с дизельным диапазоном температур кипения повышается от 54 до 60%. Это достигается при меньшем выходе ВГ (уменьшающемся от 46 до 40% конвертированного продукта).
7
Как показано в Таблице 3, сырье, подаваемое в установке переработки ВГ, существенно улучшается в результате применения способа изобретения. Содержание критических С-альфантенов уменьшается до величины менее 200 ч.н.м. масс., что обеспечивает значительное улучшение работы и срока службы катализатора в установке гидроочистки/гидрокрекинга (время цикла - это время между заменой отработавшего катализатора свежим). Кроме того, величина CCR и количество загрязняющих металлов в установке перегонки подаваемого ВГ уменьшается приблизительно на 50% в результате применения изобретения.
Более того, в результате улучшения качества сырого ВГ, конструкция реактора для перегонки ВГ будет менее дорогой, так как требуется реактор меньшего объема (из-за уменьшения скорости подачи и улучшения качества подаваемого материала) и меньшее расчетное давление.
Хотя изобретение было описано достаточно широко и также на основе предпочтительных воплощений, следует учитывать, что в реактор и процесс могут быть внесены модификации и изменения, которые все будут включены в пределы объема изобретения, как это определено нижеприведенной формулой изобретения.