СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ УГЛЕВОДОРОДОВ КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА
PROCESSES AND SYSTEMS FOR OBTAINING AROMATIC COMPOUNDS FROM CATALYTIC CRACKING HYDROCARBONS

Перекрестные ссылки на родственные заявки
[0001] Данная заявка испрашивает приоритет согласно 35 USC §119(e) по предварительной патентной заявке США с серийным номером 61/711934, поданной 10 октября 2012 года, которая включена сюда посредством отсылки во всей своей полноте, как если бы она была полностью изложена в данном описании.
Уровень техники
8
[0002] Изомеры ксилола, ортоксилол (ОХ), метаксилол (MX) и параксилол (РХ), а также этилбензол (ЕВ) представляют собой ароматические соединения C, образующиеся в процессе риформинга или других нефтехимических процессах. Очищенные отдельные ксилоловые продукты используются в больших масштабах в качестве промышленных растворителей и промежуточных соединений для многих продуктов. Наиболее важный изомер, РХ, используется для производства терефталевой кислоты (terephthalic acid (TPA)) и диметилтерефталата (dimethyl terephthalate (DMT)), которые используются для производства волокон, пленок и бутылок из полиэтилентерефталата (polyethylene terephthalate (PET)). В данных случаях требуется РХ высокой чистоты (>99,7%). Спрос на РХ высокой чистоты значительно вырос за последние годы, что было обусловлено быстро растущими рынками.
6
10+
[0003] Традиционным исходным сырьем для производства ароматических соединений и параксилола служат продукты каталитического риформинга (продукт риформинга) или пиролиза (пиролизный бензин (pygas)). Каталитический крекинг или крекинг с флюидизированным катализатором (fluid catalytic cracking (FCC), включая различные вариации, такие как глубокий каталитический крекинг (Deep Catalytic Cracking (DCC)), FCC в режиме повышенной жесткости (High-Severity FCC (HS-FCC)), Residue FCC (RFCC), представляет собой другой известный способ, которым производится топливо, легкие олефины и поток, богатый аналогичными ароматическими соединениями С-С, известный как каталитическая нафта, нафта каталитического крекинга или крекинговый бензин.
[0004] До недавнего времени специалисты-нефтепереработчики не рассматривали извлечение ароматических соединений из крекингового бензина, потому что технология экстракции не должна была функционировать с олефиновыми или сернистыми примесями в сырье. Существует известная технология, которая разработана специально для того, чтобы выполнять данную операцию посредством экстракции, которая позволяет проводить прямое извлечение ароматических соединений, в то же время отводя обогащенную олефинами фракцию в качестве бензина-рафината. Соединения серы также экстрагируются во фракцию ароматических соединений и удаляются на последующей стадии удаления примесей в отсутствие олефинов.
4
8
[0005] Существует известная технология, а именно ароматизация, использующая потоки олефиновых углеводородов, а также парафиновые потоки или потоки углеводородов других типов для производства ВТХ (benzene, toluene, and xylenes (бензол, толуол и ксилолы)). По технологии данного способа используются любые олефиновые компоненты в диапазоне от С до C в качестве сырья для получения ароматических соединений. Побочными продуктами являются легкие парафины и отходящие нефтяные газы LPG (Liquefied petroleum gas).
[0006] Известно получение ксилолов метилированием толуола и/или бензола, например, метилированием толуола над катализатором с использованием метанола. Исходным сырьем может служить толуол, бензол или смесь толуола и бензола, или исходное сырье пиролизный бензин, или исходное сырье продукт риформинга, и продукт метилирования характеризуется высоким содержанием параксилола по сравнению с содержанием параксилола в исходном сырье.
9
10
9
10
9
10
9
10
[0007] Существуют и другие технологии образования ксилолов, известные в промышленности, которые используют бензол, толуол, ароматические соединения С-С или их комбинацию в качестве исходного сырья. Примерами таковых служат трансалкилирование бензол/С-С, трансалкилирование толуол/С-С, трансалкилирование бензол/толуол/С-С, диспропорционирование толуола (toluene disproportionation (TDP)), селективное диспропорционирование толуола (selective toluene disproportionation (STDP)).
[0008] На сегодняшний день уровень техники не раскрывает практический способ производства параксилола из легких углеводородов, получаемых каталитическим крекингом, и каталитической нафты. Кроме того, упомянутые способы не были интегрированы в единую систему, что должно давать значительные преимущества, включая более высокие выходы ксилола и меньшее потребление энергии по сравнению с эксплуатацией данных способов по отдельности.
[0009] В настоящем изобретении раскрыт усовершенствованный способ, который использует легкие и тяжелые углеводороды в качестве исходного сырья, в частности, легкие и тяжелые углеводороды из установки каталитического крекинга, включая, в вариантах осуществления, сочетание различных потоков и способов, которое обеспечивает значительные преимущества по сравнению с известными системами.
Сущность изобретения
5
10+
5+
6
9
6
9
4
9
6
7
8
9+
6
7
6
8
9
10
9
10
9
10
[00010] В различных вариантах осуществления раскрыты системы и способы получения параксилола из углеводородов, получаемых каталитическим крекингом. Данные способы содержат: 1) сепарационную секцию для отделения С- и С-углеводородов от каталитической нафты С, которая также включает в себя одну зону экстракции для отделения неароматических соединений С-С от ароматических соединений С-С; 2) секцию ароматизации с образованием фракции ароматических соединений из неароматических соединений С-С (или подгруппы), которая содержит значительное количество олефинов; 3) обеспечение необязательной секции удаления примесей для очистки ароматических соединений, прежде их отправления на последующую обработку; 4) вторую сепарационную секцию для разделения потоков углеводородов С-С, C, С и отделения неароматических соединений в потоке углеводородов С-С или С-C с получением ароматических соединений высокой чистоты в качестве конечного продукта или в качестве исходного сырья для последующих секции производства параксилола или процессов образования ксилолов; 5) секция производства ксилола, которая включает в себя зону отделения параксилола и зону изомеризации ксилолов. В зоне отделения параксилола можно использовать способ кристаллизации или способ адсорбции или их сочетание для получения параксилола высокой чистоты. В зоне изомеризации ксилолов можно использовать катализатора типа ЕВ (этилбензольного) деалкилирования или катализатор типа ЕВ-изомеризации с тем, чтобы конвертировать ЕВ либо в бензол, либо в ксилол; 6) с необязательным включением секции образования ксилолов, которая включает в себя один или более из следующих процессов: метилирование бензола, метилирование толуола, метилирование бензол/толуол, трансалкилирование бензол/С-С, трансалкилирование толуол/С-С, трансалкилирование бензол/толуол/С-С, диспропорционирование толуола (toluene disproportionation, TDP), селективное диспропорционирование толуола (selective toluene disproportionation, STDP).
Краткое описание чертежей
[00011] Для более полного понимания настоящего раскрытия и его преимуществ обратимся теперь к последующим описаниям, которые должны быть приняты к рассмотрению в сочетании с прилагаемыми чертежами, описывающим конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, где:
4
10+
[00012] На ФИГ. 1 приведена иллюстративная система производства параксилола из потока углеводородов С-С, получаемого каталитическим крекингом, с возможностью включать в качестве исходного сырья продукт риформинга и пиролизный бензин, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения; и
4
10+
[00013] На ФИГ. 2 приведена иллюстративная система производства параксилола из потока углеводородов С-С, получаемого каталитическим крекингом, с возможностью включать в качестве исходного сырья продукт риформинга и пиролизный бензин, а также дополнительные системы образования ксилолов для дополнительного производства параксилола в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
[00014] В последующем описании изложены некоторые детали, например, конкретное исходное сырье, количества, температура и т.д., с тем, чтобы обеспечить полное понимание настоящих вариантов осуществления, раскрытых в данном документе. Тем не менее, специалистам в данной области техники будет очевидно, что настоящее изобретение может быть реализовано без таких конкретных деталей. Во многих случаях подробности, относящиеся к таким рассмотрениям и им подобным, опущены постольку, поскольку такие детали не являются необходимыми для получения полного понимания настоящего раскрытия и они известны обычным квалифицированным специалистам в данной области техники.
[00015] Крекинг с флюидизированным катализатором (FCC) является наиболее важным процессом конверсии, используемым на нефтеперерабатывающих заводах. Он широко используется для конверсии высококипящих, высокомолекулярных углеводородных фракций сырой нефти в более ценный бензин, олефиновые газы и другие продукты. Существуют различные варианты технологии для различных целей, и имеется тенденция к ужесточению режима крекинга с тем, чтобы увеличить выход пропилена из системы. FCC в режиме повышенной жесткости предназначен для повышения выхода олефинов, глобальный спрос на которые быстро растет. Выходы пропилена могут быть увеличены с от 3 до 5% в обычном FCC до от 15 до 28%, если данные установки работают в режиме повышенной жесткости. При проведении FCC в режиме повышенной жесткости содержание ароматических соединений в продукте крекинг-дистиллята составляет от 50 до 70%, что подходит для извлечения ароматических соединений, но данный продукт содержит значительное количество примесей тиофеновой серы и отличается высоким содержанием олефинов. Например, для глубокого каталитического крекинга (Deep Catalytic Cracking (DCC)) компаний Sinopec/Shaw используется исходное тяжелое углеводородное сырье, такое как VGO, VR или VGO, смешанное с DAO, для получения легких олефинов (этилена, пропилена и бутилена), LPG, бензина и средних дистиллятных фракций и т.д.
[00016] Ароматические соединения не могут быть непосредственно отделены с высокой степенью чистоты обычной перегонкой из-за компонентов с близкими точками кипения и азеотропов, которые образуются с ароматическими соединениями. Поэтому ароматические соединения, как правило, извлекают экстракцией селективным растворителем. Это может быть достигнуто либо жидкостно-жидкостной экстракцией, либо экстрактивной перегонкой. Экстрактивная перегонка обеспечивает лучшие производственные экономические показатели и гибкость, и, как правило, является предпочтительной для очистки ВТХ.
[00017] До недавнего времени специалисты-нефтепереработчики не рассматривали извлечение ароматических соединений из бензина каталитического крекинга, потому что технология экстракции не должна была функционировать с олефиновыми или сернистыми примесями в сырье. Новая технология разработана специально для того, чтобы осуществлять данную операцию посредством экстракции, которая позволяет проводить прямое извлечение ароматических соединений, в то же время отводя обогащенную олефинами фракцию в качестве бензина-рафината. Соединения серы также экстрагируются во фракцию ароматических соединений и удаляются гидроочисткой в отсутствие олефинов. Таким образом, водород потребляется в очень малой степени и отсутствуют потери октана. Размеры установки гидрогенизации намного меньше, чем обычной установки, и она может быть простой конструкцией для HDS (hydrodesulfurization) или основываться на ином способе. Бензин-рафинат из экстракционной установки можно десульфуризовать в обычной установке для обработки каустической содой или использовать непосредственно в бензине. Тем не менее, поток бензин-рафината содержит значительное количество олефинов и является идеальным исходным сырьем для проведения способа ароматизации с целью производства ароматических соединений.
4
9
4
5
6
9
[00018] В процессе ароматизации из олефиновых углеводородных потоков получаются ВТХ с выходом ароматических соединений, соответствующим концентрации олефинов в сырье. Технология данного процесса предусматривает использование любых олефиновых компонентов в диапазоне С-С в качестве сырья для получения ароматических соединений. Побочными продуктами являются легкие парафины и отходящие нефтяные газы LPG. Установка может принимать получаемый крекингом с флюидизированным катализатором продукт С, в то время как С, наряду с рафинатом С-С из вышеупомянутой установки экстракции нафты каталитического крекинга, отсекаются в качестве сырья для добавления других ароматических соединений.
5+
5
10+
6
9
4
6
9
[00019] В способе, показанном на ФИГ. 1, нафта каталитического крекинга (поток С) сначала направляется к сепарационной секции 101, где потоки С и С отделяются от остального потока перегонкой. Поток С-С затем направляется в зону экстракции для отделения неароматических соединений от ароматических соединений. В зоне экстракции может использоваться способ экстрактивной перегонки или способ жидкостно-жидкостной экстракции. Поток С из каталитического крекинга и неароматические соединения С-С из сепарационной секции 101, наряду с другим, обогащенным олефинами сырьем (необязательно), направляются в секцию 102 ароматизации для производства ароматических соединений. Секция ароматизации может содержать один реактор или несколько реакторов, и они могут представлять собой реакторы с неподвижным слоем или реакторные устройства с системой непрерывной регенерации катализатора (continuous regeneration (CCR)).
[00020] Ароматические соединения из сепарационной секции 101 и секции 102 ароматизации направляются в секцию 103 удаления примесей, которая может быть необязательной в зависимости от примесей, присутствующих в объединенной фракции ароматических соединений, подаваемой в секцию. Секция 103 удаления примесей может включать в себя один или более из следующих способов удаления различных примесей: гидрирование, адсорбция, абсорбция, экстракция растворителем и т.п.
6+
9+
6+
6
7
6
7
6
7
6
7
6
7
8
9+
6+
6
8
6
8
9+
8
[00021] Очищенный поток С из секции 103 подают во вторую сепарационную секцию 104, чтобы отделить бензол, толуол, ксилолы, С. Необязательно, традиционное С-сырье, такое как продукт риформинга и гидроочищенный пиролизный бензин, также может быть переработано в данной секции. Обычно потоки С-С сначала отделяют перегонкой, а затем подают в зону экстракции ароматических соединений с тем, чтобы отделить неароматические соединения от ароматических соединений С и С. Отделение неароматических соединений С-С от ароматических соединений С-С может быть выполнено с помощью способа экстрактивной перегонки, способа жидкостно-жидкостной экстракции или другими способами, известными в данной отрасли. Ароматические соединения С-С из зоны экстракции могут быть дополнительно разделены с получением отдельного бензольного и толуольного продукта. C и С также отделяют от сырьевого потока С перегонкой. Иногда поток С-C отделяют и подают в зону экстракции ароматических соединений, чтобы очистить ароматические соединения C-C. Поток С может быть использован в других местах, а поток C направляется в секцию 105 производства параксилола.
8
[00022] Секция 105 производства включает в себя две основные зоны: зону извлечения параксилола и зону изомеризации ксилолов. Функция секции производства параксилола заключается в очистке параксилола и превращении непараксилольных ароматических соединений C в параксилол. Для извлечения параксилола могут быть использованы два основных способа: кристаллизация и адсорбция. Третий способ представляет собой сочетание данных двух. В зоне изомеризации ксилолов можно использовать тип катализатора ЕВ-изомеризации или тип катализатора ЕВ-деалкилирования.
9
10+
9+
6
7
9
10
9
10
9
10
[00023] Способ, представленный на ФИГ. 2, аналогичен способу, представленному на ФИГ. 1, за исключением того, что добавлена секция 106 образования ксилолов. Вторая сепарационная секция 104 может быть необязательной, и в данной секции поток С-С также отделяется в зоне перегонки от потока С, который может быть использован в качестве сырья для секции 106 образования ксилолов. Зона экстракции во второй сепарационной секции 104 может быть необязательной, поскольку поток С-С потребляется в последующей секции образования ксилолов и не требует высокой чистоты. Добавление секции образования ксилолов позволяет использование имеющихся соединений с бензольными кольцами для образования ксилолов; полученные ксилолы затем отделяют в секции производства параксилола. Одна или более из следующих технологий или способов (но не ограничиваясь ими) могут быть задействованы в секции образования ксилолов: метилирование бензола, метилирование толуола, метилирование бензола/толуола, трансалкилирование бензол/С-С, трансалкилирование толуол/С-С, трансалкилирование бензол/толуол/С-С, диспропорционирование толуола (TDP), селективное диспропорционирование толуола (STDP).
[00024] Для экономии числа единиц оборудования и инвестиционной стоимости, часть оборудования одной секции может использоваться совместно с другими секциями. Например, бензольные и толуольные колонны в зоне перегонки второй сепарационной секции 104 могут также использоваться в процессе трансалкилирования в секции 106 образования ксилолов.
[00025] Из приведенного выше описания специалист в данной области техники может легко уяснить существенные характеристики данного изобретения и, не отступая от сущности и объема изобретения, может осуществить различные изменения и модификации, чтобы приспособить данное раскрытие к различным применениям и условиям. Варианты осуществления, описанные выше, предназначены для иллюстрации и не должны рассматриваться как ограничивающие объем настоящего изобретения, который определен в последующей формуле изобретения.