ГИДРОПЕРЕРАБОТКА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
HYDROPROCESSING AND APPARATUS FOR IMPLEMENTATION THEREOF

В этой заявке испрашивается приоритет согласно заявке США №13/850,399, которая подана 26 марта 2013 г., описание которой полностью включено в настоящее описание как ссылка.
Область техники, к которой относится изобретение
В целом изобретение относится к гидропереработке и установке для ее осуществления.
Уровень техники
На многих нефтеперерабатывающих заводах в настоящее время имеется конфигурация с технологическим маршрутом для нижнего потока колонны сырой нефти из колонны атмосферной дистилляции в установку вторичной переработки, такую как установка псевдоожиженного крекинга или установка замедленного коксования. Однако строгие технические условия для топлив обычно вынуждают нефтепереработчиков в большей степени оптимизировать использование установок гидропереработки с целью получения высококачественных средних дистиллятов, таких как дизельное топливо и керосин. Часто вакуумный газойль также подвергается гидрокрекингу для того, чтобы уменьшить размер углеводородной цепочки, тем самым превращая указанные углеводороды в более ценные продукты. Традиционно, по мере необходимости подается закаливающий газ, обычно из компрессора рециркулирующего газа, для того чтобы регулировать процесс гидрокрекинга. Однако нагревание всего вакуумного газойля и перекачивание закаливающего газа, увеличивает затраты процесса. Поэтому существует желание дополнительно усовершенствовать указанные процессы для минимизации потребления энергии и материалов для производства указанных дистиллятов.
Раскрытие изобретения
Одним примером осуществления может быть способ гидропереработки. Этот способ может включать обеспечение зоны гидропереработки, в которой имеются по меньшей мере два слоя, и осуществление закаливания ниже по потоку от первого слоя из указанных по меньшей мере двух слоев первым вакуумным газойлем, который может быть легче, чем другой вакуумный газойль, поступающий в указанный первый слой.
Другим примером осуществления может быть установка гидропереработки. Указанная установка гидропереработки может содержать вакуумную дистилляционную колонну, реактор гидропереработки и множество трубопроводов. Указанный реактор гидропереработки может содержать первый слой, второй слой и третий слой. Указанное множество трубопроводов может включать первый трубопровод и второй трубопровод. Указанный первый трубопровод может быть предназначен для отведения первого потока из первого местоположения в указанной вакуумной дистилляционной колонне и сообщения указанного первого потока с положением ниже по потоку от указанного первого слоя. Указанный второй трубопровод может быть предназначен для отведения второго потока из второго местоположения в указанной вакуумной дистилляционной колонне и сообщения указанного второго потока с положением ниже по потоку от указанного второго слоя. Обычно указанное первое местоположение находится на меньшем возвышении в указанной вакуумной дистилляционной колонне, чем указанное второе местоположение.
Другим примером осуществления может быть способ гидропереработки. Указанный способ может включать подачу нижнего потока атмосферной перегонки в вакуумную дистилляционную колонну, обеспечивая первый поток, имеющий один или несколько С26-С36 углеводородов, второй поток, содержащий один или несколько С24-С25 углеводородов, и третий поток, имеющий один или несколько С36-С52 углеводородов. Обычно указанный реактор гидропереработки содержит первый слой, второй слой и третий слой. Обычно указанный первый поток направляют ниже по потоку от указанного первого слоя и выше по потоку от указанного второго слоя, указанный второй поток направляют ниже по потоку от указанного второго слоя и выше по потоку от указанного третьего слоя, а указанный третий поток направляют в указанный реактор гидропереработки.
Варианты осуществления изобретения могут обеспечить легкий вакуумный газойль (LVGO), средний вакуумный газойль (MVGO) и тяжелый вакуумный газойль (HVGO) для зоны гидропереработки. HVGO может быть обеспечен в загрузочную печь реактора выше по потоку от указанной зоны гидропереработки, вместо того, чтобы все три газойля подавались через указанную печь. Следовательно, можно минимизировать нагрузку на печь и снизить эксплуатационные затраты. Кроме того, MVGO и LVGO могут направляться из указанной вакуумной дистилляционной колонны без охлаждения. Газойли MVGO и LVGO могут служить в качестве закаливающей жидкости для слоев в реакторе гидропереработки, и таким образом, можно минимизировать потребность в закаливающем газе. В свою очередь, указанная минимизация может снизить потребность в энергии для компрессора рециркулирующего газа. Кроме того, деление углеводородных потоков и их подача в различные положения внутри реактора гидропереработки может позволить обеспечить изменение количества и качества слоев катализатора в зависимости от типа поступающего сырья. Более того, реконструкция существующей установки гидропереработки с целью нагревания только HVGO может снизить перепад давления в загрузочной печи реактора, и обеспечить увеличение скорости загрузки.
Определения
+
-
+
Термин "поток", используемый в описании, может включать молекулы различных углеводородов, таких как прямоцепные, разветвленные или циклические алканы, алкены, алкадиены и алкины, и необязательно других веществ, таких как газы, например, водород, или примеси, такие как тяжелые металлы, и соединения серы и азота. Кроме того, указанный поток может содержать ароматические и неароматические углеводороды. Кроме того, могут быть использованы сокращения углеводородных молекул - C1, С2, С3…Cn, где "n" представляет собой число атомов углерода в одной или нескольких молекулах углеводородов. Кроме того, надстрочный знак "+" или "-" может быть использован с сокращенным обозначением одного или нескольких углеводородов, например, С3 или С3, что представляет собой суммарное сокращенное обозначение одного или нескольких углеводородов. В качестве примера, сокращение "С3" означает одну или несколько углеводородных молекул с тремя и/или больше атомами углерода. "Поток" также может представлять собой или включать вещества, например, текучие среды, отличающиеся от углеводородов, такие как водород.
Используемый в описании термин "зона" может относиться к области, содержащей одну или несколько единиц оборудования и/или одну или несколько суб-зон. Единицы оборудования могут включать один или несколько реакторов или реакторных резервуаров, нагревателей, теплообменников, труб, насосов, компрессоров и регуляторов. Кроме того, единица оборудования, такая как реактор, сушилка, или резервуар, дополнительно может содержать одну или несколько зон или суб-зон.
Используемый в описании термин "гидропереработка" может относиться к переработке одного или нескольких углеводородов в присутствии водорода, и может включать гидроочистку и/или гидрокрекинг.
Используемый в описании термин "гидрокрекинг" может относиться к процессу разрыва или расщепления связей в по меньшей мере одном углеводороде с длинной цепью в присутствии водорода и по меньшей мере одного катализатора, с образованием углеводородов с меньшей молекулярной массой.
Используемый в описании термин "гидроочистка" может относиться к процессу, который включает контактирование углеводородного сырья с газообразным водородом в присутствии одного или нескольких подходящих катализаторов для удаления гетероатомов, таких как сера, азот и металлы из углеводородного сырья. При гидроочистке углеводороды с двойными и тройными связями могут насыщаться, а также могут насыщаться ароматические углеводороды, так как некоторые процессы гидроочистки специально разработаны для насыщения ароматических углеводородов.
Используемый в описании термин "вакуумная дистилляция" может относиться к процессу дистилляции потока, обычно нижнего потока из колонны атмосферной дистилляции, с использованием давления ниже, чем 101,3 кПа для облегчения кипения и дистилляции.
Используемый в описании термин "вакуумный газойль" может включать один или несколько С22-С52 углеводородов, которые кипят в диапазоне 340-590°С или 340-560°С при 101,3 кПа. Вакуумный газойль может быть углеводородным продуктом вакуумной дистилляции и сокращенно обозначается в описании "VGO".
Используемый в описании термин "тяжелый вакуумный газойль" может включать один или несколько С36-С52 углеводородов, которые кипят в диапазоне 490-590°С или 340-560°С при 101,3 кПа. Термин "тяжелый вакуумный газойль" может сокращенно обозначаться в описании "HVGO".
Используемый в описании термин "средний вакуумный газойль" может включать один или несколько С26-С36 углеводородов, которые кипят в диапазоне 400-490°С при 101,3 кПа. Термин "средний вакуумный газойль" может сокращенно обозначаться в описании "MVGO".
Используемый в описании термин "легкий вакуумный газойль" может включать один или несколько С24-С26 углеводородов, или даже один или несколько С24-С25 углеводородов, которые кипят в диапазоне 370-400°С при 101,3 кПа. Термин "легкий вакуумный газойль" может сокращенно обозначаться в описании "LVGO".
Используемый в описании термин "килоПаскаль" может сокращенно обозначаться "кПа", и термин "градусы Цельсия" может сокращенно обозначаться "°С".
Изображенные на чертеже технологические линии могут взаимозаменяемо относиться, например, к трубопроводам, трубной обвязке, сырью, фракциям, углеводородам, частям, продуктам или потокам.
Краткое описание чертежа
На чертеже приведено схематичное изображение поперечного сечения типичной установки.
Осуществление изобретения
Как видно из чертежа, иллюстративная установка 100 гидропереработки может содержать колонну 160 вакуумной дистилляции, зону 200 гидропереработки и множество трубопроводов 260, соединяющих колонну 160 вакуумной дистилляции с зоной 200 гидропереработки. Множество трубопроводов 260 может включать трубопроводы 264, 274 и 284, а также может называться потоками, как рассматривается в дальнейшем. Обычно нижний поток 80 атмосферной перегонки нагревается с помощью загрузочной печи 110 вакуумной колонны и подается в колонну 160 вакуумной дистилляции. Обычно в колонне 160 вакуумной дистилляции имеется один или несколько слоев 170 насадки, а именно, первый слой 174 насадки, второй слой 178 насадки, третий слой 182 насадки, и четвертый слой 186 насадки. Колонна 160 вакуумной дистилляции может способствовать кипению и дистилляции нижнего потока 80 атмосферной перегонки за счет пониженного давления, таким образом, производя VGO. Кроме того, в колонну 160 вакуумной дистилляции может поступать поток 120 водяного пара, что способствует дистилляции. В указанном иллюстративном варианте осуществления поток VGO может быть разделен на поток 274 LVGO, поток 264 MVGO, и поток 284 HVGO.
Типично, нижний поток 80 атмосферной перегонки подвергается вакуумной дистилляции и, таким образом, разделяется на несколько фракций. Обычно наиболее легкая фракция удаляется сверху колонны 160 вакуумной дистилляции в головном потоке 130, а другая фракция, вблизи верха колонны 160 вакуумной дистилляции может отбираться как поток 134 дизельного топлива. Донный остаток может быть удален как поток 138 вакуумного остатка для дальнейшей переработки.
Потоки 264, 274 и 284 могут отводиться в нескольких местоположениях, а именно в первом местоположении 270, втором местоположении 280 и в третьем местоположении 290, расположенном ниже по потоку от, соответственно, третьего слоя 182 насадки, второго слоя 178 насадки и четвертого слоя 186 насадки в колонне 160 вакуумной дистилляции. Обычно первое местоположение 270 находится на меньшем возвышении в колонне 160 вакуумной дистилляции, чем второе местоположение 280, и третье местоположение 290 находится на меньшем возвышении в колонне 160 вакуумной дистилляции, чем второе местоположение 280 и первое местоположение 270.
Первый поток, первый поток VGO или поток 264 MVGO при необходимости может содержать по меньшей мере 25 масс. % одного или нескольких С26-С36 углеводородов при температуре 430-450°С; второй поток, второй поток VGO или поток 274 LVGO может при необходимости содержать по меньшей мере 25 масс. % одного или нескольких С24-С25, или С24-С26 углеводородов при температуре 370-390°С; и третий поток, третий поток VGO, другой поток VGO или поток 284 HVGO содержит по меньшей мере 25 масс. % одного или нескольких С36-С52 углеводородов при температуре 510-530°С. Эти потоки 264, 274 и 284 могут поступать в зону 200 гидропереработки, причем третий поток или поток 284 HVGO сначала направляют в загружающую печь 146 реактора. Поток 300 рециркулирующего газа, содержащего водород, может быть добавлен в первый поток 264, второй поток 274 и третий поток 284 по соответствующим ответвлениям 308, 312 и 304.
Зона 200 гидропереработки может принимать потоки 264, 274 и/или 284. Зона 200 гидропереработки может содержать реактор 210 гидропереработки, имеющий по меньшей мере два слоя 220, и в этом иллюстративном варианте осуществления может иметь три слоя, а именно, первый слой 230, второй слой 240 и третий слой 250. Газовый поток 316 может быть отделен от потока 300 рециркулирующего газа и дополнительно поделен на первый закаливающий поток 320 рециркулирующего газа и второй закаливающий поток 330 рециркулирующего газа. Регулирующие клапаны 324 и 334 и соответствующие регуляторы-индикаторы 328 и 338 температуры регулируют потоки закаливающего газа. Обычно закаливающие газы используются для понижения температуры в слоях 240 и 250. Реактор 210 гидропереработки может работать при температуре 380-440°С и давлении 16000-18500 кПа. Разность температур между слоями 230, 240 или 250 может составлять 5-45°С.
Подходящие катализаторы гидроочистки могут быть любыми традиционными катализаторами гидроочистки и включают те, которые могут содержать по меньшей мере один металл из групп 8-10 периодической системы элементов, предпочтительно железо, кобальт и никель, и по меньшей мере один металл из групп 6 периодической системы элементов, предпочтительно молибден и вольфрам, на материале носителя с высокой площадью поверхности, предпочтительно оксиде алюминия. Другие подходящие катализаторы гидроочистки могут включать цеолитные катализаторы, а также металлические катализаторы, в которых благородный металл может быть выбран из палладия и платины. В реакторе 210 гидропереработки можно использовать больше одного типа катализаторов гидроочистки, причем также может быть введен катализатор, обладающий в некоторой степени способностью к гидрокрекингу. Обычно металл из групп 8-10 присутствует в количестве в диапазоне от 2 до 20 масс. %, и металл из группы 6 присутствует в типичном количестве в диапазоне от 1 до 25 масс. %. Катализатор в каждом слое 230, 240 или 250 может обладать комбинацией свойств гидроочистки и крекинга, в зависимости от качества сырья, которое, в свою очередь, часто зависит от типа сырой нефти, обработанной на предыдущих стадиях. Количество катализатора в каждом слое можно подобрать таким образом, чтобы соответствовать техническим условиям желаемого продукта.
При эксплуатации в колонне 160 вакуумной дистилляции можно получить поток 264 MVGO, поток 274 LVGO и поток 284 HVGO. В некоторых вариантах осуществления весь поток VGO может подаваться через печь, нагреваться и перемещаться в установку гидроочистки и/или гидрокрекинга. Обычно VGO может содержать гетероатомы, такие как сера, азот и металлы, такие как железо, ванадий и никель. Такие гетероатомы обычно являются нежелательными в источнике топлива. Обычно, содержание гетероатомов часто возрастает с повышением диапазона истинных точек кипения, поэтому обычно поток 284 HVGO имеет более высокое содержание гетероатомов, таких как сера и азот, чем поток 264 MVGO, который, в свою очередь, имеет более высокое содержание гетероатомов, таких как сера и азот, чем поток 274 LVGO.
Обычно поток 284 HVGO нагревается в загрузочной печи 146 реактора до поступления в реактор 210 гидропереработки, выше по потоку от первого слоя 230, и таким образом, может подвергнуться наибольшей гидропереработке. Поток 264 MVGO, для которого обычно требуется менее глубокая гидропереработка, чем для потока 284 HVGO, направляется ниже по потоку от первого слоя 230 и выше по потоку от второго слоя 240. Поток 274 LVGO, для которого обычно требуется меньшая степень гидропереработки, чем для потоков 284 и 264 HVGO и MVGO, направляется ниже по потоку от второго слоя 240 и выше по потоку от третьего слоя 250. Соответственно, потоки 264 и 274 MVGO и LVGO, а не подвергающийся полной обработке поток 284 HVGO, подвергаются меньшей степени обработки с учетом их состава. В указанном технологическом маршруте потоков 264, 274 и 284 можно минимизировать использование загрузочной печи 146 реактора и слоев 230 и 240, что приводит к повышению эффективности и снижению эксплуатационных расходов. Кроме того, поток 274 LVGO и поток 264 MVGO могут служить закаливающими жидкостями, снижая потребность в закаливающих потоках 320 и 330 рециркулирующего газа, что приводит к снижению расходов и повышению эффективности эксплуатации. После обработки и крекинга, выходящий поток 340 из реактора может отводиться для дополнительной переработки.
Описанные варианты изобретения могут быть осуществлены путем модификации существующей установки гидроочистки. Конкретно, трубопроводы 264, 274, 284 могут быть смонтированы таким образом, что только трубопровод 284 HVGO соединяется с загрузочной печью 146 реактора. Поскольку лишь HVGO часть потока VGO поступает в печь, рабочее давление в печи может быть снижено. Более того, может быть увеличена пропускная способность печи за счет нагревания только потока HVGO вместо всего потока VGO.
Количество и расположение ряда компонентов, описанных в изобретении, можно модифицировать. В качестве примера, в колонне 160 вакуумной дистилляции может находиться любое подходящее число слоев насадки. Более того, в реакторе 210 гидропереработки может находиться любое подходящее число слоев, например, два слоя. В указанном случае, закаливающий поток MVGO может подаваться ниже по потоку от первого слоя, а закаливающий поток LVGO - ниже по потоку от второго слоя. Кроме того, поток фракции MVGO также можно расщеплять и смешивать с фракциями LVGO и HVGO для того, чтобы дополнительно оптимизировать качество сырья в зависимости от существующей нагрузки на слой катализатора в реакторе.
Конкретные варианты осуществления
Хотя следующий текст описан в сочетании с конкретными вариантами осуществления, следует понимать, что приведенное описание предназначено для иллюстрации, а не для ограничения объема предшествующего описания и приложенной формулы изобретения.
Первым вариантом осуществления изобретения является способ гидропереработки, который включает в себя: А) обеспечение зоны гидропереработки, содержащей по меньшей мере два слоя; и В) закаливание ниже по потоку от первого слоя из указанных по меньшей мере двух слоев первым потоком вакуумного газойля, который легче другого вакуумного газойля, подаваемого в указанный первый слой. Вариант осуществления изобретения является одним, любым или всеми предшествующими вариантами этого параграфа вплоть до первого варианта указанного параграфа, где указанный первый вакуумный газойль представляет собой средний вакуумный газойль. Вариант осуществления изобретения является одним, любым или всеми предшествующими вариантами этого параграфа вплоть до первого варианта указанного параграфа, где указанные по меньшей мере два слоя включают три слоя. Вариант осуществления изобретения является одним, любым или всеми предшествующими вариантами этого параграфа вплоть до первого варианта указанного параграфа, который дополнительно включает закаливание ниже по потоку от второго слоя из указанных по меньшей мере двух слоев легким вакуумным газойлем. Вариант осуществления изобретения является одним, любым или всеми предшествующими вариантами этого параграфа вплоть до первого варианта указанного параграфа, в котором указанный легкий вакуумный газойль получают из вакуумной дистилляционной колонны. Вариант осуществления изобретения является одним, любым или всеми предшествующими вариантами этого параграфа вплоть до первого варианта указанного параграфа, где указанная вакуумная дистилляционная колонна содержит один или несколько слоев насадки. Вариант осуществления изобретения является одним, любым или всеми предшествующими вариантами этого параграфа вплоть до первого варианта указанного параграфа, где указанный другой вакуумный газойль представляет собой тяжелый вакуумный газойль, подаваемый выше по потоку от указанного первого слоя, из указанных по меньшей мере двух слоев, и закаливание легким вакуумным газойлем, подаваемым ниже указанного второго слоя из указанных по меньшей мере двух слоев, причем указанный тяжелый вакуумный газойль имеет более высокое содержание серы и азота, чем указанный средний вакуумный газойль, который, в свою очередь, имеет более высокое содержание серы и азота, чем указанный легкий вакуумный газойль. Вариант осуществления изобретения является одним, любым или всеми предшествующими вариантами этого параграфа вплоть до первого варианта указанного параграфа, где зона гидропереработки эксплуатируется при температуре 380-440°С и давлении 16000-18500 кПа. Вариант осуществления изобретения является одним, любым или всеми предшествующими вариантами этого параграфа вплоть до первого варианта указанного параграфа, где зона гидропереработки содержит реактор гидропереработки, содержащий три слоя в качестве указанных по меньшей мере двух слоев. Вариант осуществления изобретения является одним, любым или всеми предшествующими вариантами этого параграфа вплоть до первого варианта указанного параграфа, где разность температур через по меньшей мере один из указанных по меньшей мере двух слоев составляет 5-45°С. Вариант осуществления изобретения является одним, любым или всеми предшествующими вариантами этого параграфа вплоть до первого варианта указанного параграфа, где указанный средний вакуумный газойль содержит один или несколько С26-С36 углеводородов. Вариант осуществления изобретения является одним, любым или всеми предшествующими вариантами этого параграфа вплоть до первого варианта указанного параграфа, где указанный легкий вакуумный газойль содержит один или несколько С24-С26 углеводородов. Вариант осуществления изобретения является одним, любым или всеми предшествующими вариантами этого параграфа вплоть до первого варианта указанного параграфа, где указанный легкий вакуумный газойль содержит один или несколько С24-С25 углеводородов. Вариант осуществления изобретения является одним, любым или всеми предшествующими вариантами этого параграфа вплоть до первого варианта указанного параграфа, где указанный тяжелый вакуумный газойль содержит один или несколько С36-С52 углеводородов. Вариант осуществления изобретения является одним, любым или всеми предшествующими вариантами этого параграфа вплоть до первого варианта указанного параграфа, где указанный легкий вакуумный газойль находится при температуре 370-390°С, указанный средний вакуумный газойль находится при температуре 430-450°С, и указанный тяжелый вакуумный газойль находится при температуре 510-530°С.
Вторым вариантом осуществления изобретения является установка гидропереработки, содержащая А) вакуумную дистилляционную колонну; В) реактор гидропереработки, содержащий 1) первый слой; 2) второй слой; и 3) третий слой; и С) множество трубопроводов, включающих 1) первый трубопровод для отведения первого потока из первого местоположения в указанной вакуумной дистилляционной колонне и сообщения указанного первого потока с положением ниже по потоку от указанного первого слоя; и 2) второй трубопровод для отведения второго потока из второго местоположения в указанной вакуумной дистилляционной колонне и сообщения указанного второго потока с положением ниже по потоку от указанного второго слоя; причем указанное первое местоположение находится на меньшем возвышении в указанной вакуумной дистилляционной колонне, чем указанное второе местоположение. Вариант осуществления изобретения является одним, любым или всеми предшествующими вариантами этого параграфа вплоть до второго варианта указанного параграфа, где указанное множество трубопроводов дополнительно содержит третий трубопровод для отведения третьего потока из третьего местоположения в указанной вакуумной дистилляционной колонне, и сообщения указанного третьего потока с положением выше по потоку от указанного первого слоя, причем указанное третье местоположение находится на меньшем возвышении в указанной вакуумной дистилляционной колонне, чем указанное второе местоположение.
Третий вариант осуществления изобретение представляет собой способ гидропереработки, который включает А) подачу нижнего потока атмосферной перегонки в вакуумную дистилляционную колонну с получением первого потока, содержащего один или несколько С26-С36 углеводородов, второго потока, содержащего один или несколько С24-С25 углеводородов, и третьего потока, содержащего один или несколько С36-С52 углеводородов; В) подачу указанного третьего потока в реактор гидропереработки, который содержит первый слой, второй слой и третий слой; и С) подачу указанного первого потока ниже по потоку от указанного первого слоя и выше по потоку от указанного второго слоя; и подачу указанного второго потока ниже по потоку от указанного второго слоя и выше по потоку от указанного третьего слоя. Вариант осуществления изобретения является одним, любым или всеми предшествующими вариантами этого параграфа вплоть до третьего варианта указанного параграфа, где указанный реактор гидропереработки работает при температуре 380-440°С и давлении 16000-18500 кПа. Вариант осуществления изобретения является одним, любым или всеми предшествующими вариантами этого параграфа вплоть до третьего варианта указанного параграфа, где разность температур через указанный первый слой, второй слой, или третий слой составляет 5-45°С.
Предполагается, что специалист в этой области техники, без дополнительной разработки, с использованием предшествующего описания, может использовать настоящее изобретение в самой полной степени. Поэтому предшествующие предпочтительные конкретные варианты, следует считать просто иллюстративными, и не ограничивающими остальную часть описания в какой бы то ни было степени.
В предшествующем тексте, все значения температуры приведены в градусах Цельсия, и все части и проценты даны по массе, если не указано другое.
Из предшествующего описания, специалист в этой области техники сможет легко установить существенные признаки настоящего изобретения и, не выходя за пределы существа и объема изобретения, сможет выполнить различные изменения и модификации изобретения, с целью приспособления к различным областям применения и условиям.