СПОСОБ ВАКУУМНОЙ ДИСТИЛЛЯЦИИ ПОТОКА НЕОЧИЩЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ
METHOD OF CRUDE HYDROCARBON FLOW VACUUM DISTILLATION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к вакуумной дистилляции потоков неочищенных углеводородов.
Уровень техники
Первая стадия на любом нефтеперерабатывающем заводе представляет собой разделение сырой нефти на различные фракции путем перегонки в, так называемой, установке перегонки сырой нефти (УПСН).
Обычно УПСН включает в себя несколько компонентов. Ядром этой установки является основная колонна атмосферной перегонки, где происходит первичное фракционирование сырой нефти. В нижнюю часть колонны вводится водяной пар с целью отпаривания. Кроме того, установка включает в себя емкость предварительного однократного испарения и печь, которые обе расположены до колонны дистилляции. Емкость предварительного однократного испарения расположена до печи УПСН. Пары, выходящие из емкости предварительного однократного испарения, обычно проходят мимо печи и направляются в основную колонну дистилляции. Ниже места ввода сырья обычно находится ‘отпарная’ зона, где используется водяной пар. Это улучшает извлечение газойля. Кроме того, с основной колонной дистилляции связаны несколько отпарных колонн боковых фракций для извлечения различных фракций, таких как керосин (отпарная колонна керосина) и газойль (отпарная колонна газойля). Обычно присутствует делитель нафты для извлечения фракции нафты, в то время как бутаноотгонная колонна используется для извлечения углеводородных газов С3 и С4. Дефлегматор, расположенный наверху основной колонны дистилляции, обычно включает в себя холодильник и сборник флегмы. Наконец остаток, остающийся на дне колонны дистилляции УПСН, также известный как остаток атмосферной перегонки (ОАП), обычно в дальнейшем перерабатывается в установке высокого вакуума (УВВ).
Обычно целью УВВ является отделение вакуумного газойля (ВГО) от потока тяжелого остатка - узкой фракции остатка (УФО). Типично, все сырье установки УВВ сначала поступает в печь, и после этого направляется в колонну высокого вакуума, где в некоторых случаях также применяется отпаривающий пар для дополнительного усиления разделения. Применение водяного пара также имеет некоторые недостатки, такие как: повышенная нагрузка на холодильник, повышенная выработка кислых вод, более крупная установка эжектора и потребность в увеличенном диаметре колонны из-за дополнительного потока паров (водяного пара).
Когда целью является максимальное извлечение ВГО, это можно осуществить путем максимального увеличения температуры эксплуатации, за счет использования отпаривания водяным паром и/или путем максимально возможного снижения давления при вакуумной дистилляции.
В настоящее время обнаружено, что указанные выше недостатки применения водяного пара преодолеваются путем использования емкости предварительного однократного испарения до установки УВВ. В такой конфигурации, сырье подвергают ‘быстрому испарению’ в условиях среднего вакуума в емкости предварительного однократного испарения, до поступления в печь УВВ. Пары быстрого испарения используются для отпаривания остаточного продукта в колонне УВВ, и в результате снижается потребность в водяном паре (или она отсутствует).
Обычно на нефтеперерабатывающем заводе известно использование емкости предварительного однократного испарения в установке УПСН, но не в УВВ.
Заявка ЕР-А-0095792 относится к способу однократного испарения, в котором отбензиненная нефть или остаток атмосферной перегонки поступает в испарительную колонну, после чего полученный нижний погон освобождается от легких компонентов в отпаривающей колонне. Этот нижний погон вводится в верхнюю часть отпаривающей колонны и проходит сверху вниз, контактируя с водяным паром и не больше, чем с ограниченным количеством углеводородных паров, если это имеет место. В этой ситуации, пар или газ, добавленный в отпаривающую колонну, представляет собой, главным образом, водяной пар. Более того, отпаривание принципиально отличается от дистилляции, поскольку целью отпаривания является удаление легких компонентов, в то время как при дистилляции углеводородный поток разделяется на различные фракции.
Краткое изложение изобретения
Таким образом, разработан способ вакуумной дистилляции углеводородного потока, включающий: i) пропускание углеводородного потока в емкость предварительного однократного испарения, в которой поддерживаются условия для разделения углеводородного потока на жидкость предварительного однократного испарения и пар предварительного однократного испарения, ii) пропускание жидкости предварительного однократного испарения в вакуумную печь, в которой поддерживаются условия для нагревания и частичного испарения жидкости предварительного однократного испарения, iii) пропускание нагретого в печи потока в зону, расположенную в нижней части вакуумной дистилляционной колонны, в которой поддерживаются условия фракционирования, и iv) пропускание пара предварительного однократного испарения в вакуумную дистилляционную колонну в дополнительной зоне, расположенной в нижней части вакуумной дистилляционной колонны.
Нижняя часть колонны представляет собой участок ниже середины колонны, более предпочтительно между днищем и 40% от общей длины колонны.
Углеводородный поток, используемый в УВВ, может быть любым тяжелым углеводородным потоком, который может перерабатываться в УВВ. Предпочтительно указанный углеводородный поток имеет начальную точку кипения, по меньшей мере 230°С, более конкретно, по меньшей мере 250°С, более конкретно по меньшей мере 270°С, более конкретно, по меньшей мере 290°С, более конкретно больше чем 300°С, более конкретно, по меньшей мере 310°С, более конкретно, по меньшей мере 330°С, наиболее конкретно, по меньшей мере 340°С. Начальную точку кипения следует измерять согласно описанному методу ASTM, который является подходящим для рассматриваемой углеводородной фракции. Для широкой остаточной фракции может быть подходящим метод ASTM D-2887. Обычно начальная точка кипения будет ниже чем 500°С, более конкретно ниже чем 450°С, более конкретно ниже чем 400°С, наиболее конкретно ниже чем 380°С. Если начальная точка кипения измеряется в вакууме, ее следует пересчитать в соответствующую температуру при атмосферном давлении.
Предпочтительно углеводородный поток представляет собой поток остатка, который покидает УПСН, также называемый широкой остаточной фракцией.
Используемый в настоящем изобретении термин ОАП означает ссылку на любой углеводородный поток, который можно перерабатывать в УВВ.
Подробное описание изобретения
За счет использования емкости предварительного испарения, более легкие газойлевые (ГО) компоненты остатка ОАП, которые плохо растворяются во фракции УФО в условиях вакуумной дистилляционной колонны, однократно испаряются в емкости предварительного испарения. Кроме того, отпаривание парами предварительного испарения, произведенными из ОАП, способствует отгону остающегося парафинистого дистиллята, который содержится в УФО, без какой-либо дополнительной нагрузки на вакуумную систему УВВ. Поскольку пары однократного испарения проходят мимо вакуумной печи, суммарная теплота, подводимая к сырью УВВ, будет меньше, по сравнению с традиционной компоновкой, без камеры однократного испарения. Таким образом, применение описанной в изобретении конфигурации приводит к увеличению выхода парафинистого дистиллята, имеющего приемлемое качество, при снижении нагрузки на печь УВВ. Кроме того, отсутствуют некоторые недостатки отпаривания водяным паром при использовании паров предварительного однократного испарения для отпаривания. Более того, имеется экономия энергии по сравнению с альтернативными схемами, благодаря тому, что потребление водяного пара может быть снижено или даже исключено и потому, что снижается подача сырья в печь (пары предварительного однократного испарения проходят мимо печи).
Описанные в изобретении варианты осуществления и конфигурации способа показаны на фиг. 1 и 2.
Как описано в изобретении, остаток атмосферной перегонки, покидающий УПСН, или любой другой подходящий углеводородный поток, обрабатывается в емкости предварительного однократного испарения в условиях, при которых указанный остаток разделяется на жидкость предварительного однократного испарения и пар предварительного однократного испарения. Соответствующие условия обычно известны специалистам в этой области техники, причем они могут существенно изменяться в зависимости от характеристик остатка и конструкции установки. Типичные для емкости предварительного однократного испарения значения технологического давления являются условия умеренного вакуума в диапазоне от 0,1 до 0,8 атм (абс.), причем типичная температура изменяется между 340°С и 360°С. Если используется остаток ОАП непосредственно из установки УПСН, следует принять меры предосторожности, поскольку давление в емкости предварительного однократного испарения ниже, чем давление в УПСН. За счет предварительного однократного испарения, более легкие газойлевые компоненты остатка УВВ, которые плохо растворяются в указанном остатке в условиях колонны дистилляции УВВ, преимущественно быстро испаряются в емкости предварительного однократного испарения.
Емкость предварительного однократного испарения может быть расположена в любом месте между днищем УПСН и печью установки УВВ, но предпочтительно в позиции с наиболее высокой температурой.
Жидкость предварительного однократного испарения, покидающая емкость предварительного однократного испарения, впоследствии проходит в вакуумную печь, где она нагревается до температуры обычно в диапазоне от 380°С до 430°С, в зависимости от используемого остатка ОАП и от необходимой узкой фракции остатка, что также обычно известно специалистам в этой области техники.
Пары предварительного однократного испарения, которые вводятся в вакуумную дистилляционную колонну, содержат, по меньшей мере 50 масс. % углеводородов, более конкретно, по меньшей мере 60 масс. %, предпочтительно, по меньшей мере 70 масс. %, наиболее предпочтительно, по меньшей мере 80 масс. %. Предпочтительно, по меньшей мере 50 масс. % от общего количества веществ, введенных в вакуумную колонну в виде газа или паров, состоят из углеводородов. Более конкретно, указанное количество составляет, по меньшей мере 60 масс. %, предпочтительно, по меньшей мере 70 масс. % и наиболее предпочтительно, по меньшей мере 80 масс. %.
Нагретый в печи поток направляется в вакуумную дистилляционную колонну, обычно в зону, расположенную в нижней части колонны, типично в донной секции.
Зона введения паров предварительного однократного испарения может совпадать или, предпочтительно, расположена ниже участка для введения потока из печи.
Процесс вакуумной дистилляции эксплуатируется под давлением ниже чем
1 абсолютная атмосфера, обычно ниже чем 0,7 атмосферы, предпочтительно ниже чем
0,5 атм, более предпочтительно ниже чем 0,4 атм, более предпочтительно ниже чем
0,3 атм, более предпочтительно ниже чем 0,2 атм и наиболее предпочтительно не больше чем 0,1 атм. Типичное давление может составлять по меньшей мере 0,001 атм.
На фиг. 1 продемонстрирована предпочтительная конфигурация, в которой остаток ОАП из установки УПСН по трубопроводу 1 направляется в емкость 10 предварительного однократного испарения, чтобы получить жидкость предварительного однократного испарения, которая по трубопроводу 2 направляется в печь 20 установки УВВ, и затем по трубопроводу 3 в зону 50 колонны 30 установки высокого вакуума. Пары предварительного однократного испарения проходят по трубопроводу 4 в колонну 30 установки УВВ, внутри дополнительной зоны 40, расположенной в нижней части вакуумной дистилляционной колонны. Зона 50, в которую вводится жидкость предварительного однократного испарения, расположена выше зоны 30, в которую вводятся пары предварительного однократного испарения. Необязательно, может быть добавлено скрубберное масло в колонну УВВ по трубопроводу 5, и загрязненное скрубберное масло удаляется по линии 6. Фракция УФО удаляется по линии 7.
В предпочтительном варианте осуществления дополнительная зона для введения паров предварительного однократного испарения расположена на дне зоны отпаривания, которая расположена ниже зоны для введения потока из печи, так что остаток потока из печи контактирует с парами предварительного однократного испарения в зоне отпаривания, в условиях отпаривания остатка.
В другом варианте осуществления часть паров предварительного однократного испарения может быть подана в зону колонны дистилляции, где вводится поток из печи, и часть можно вводить на дне зоны отпаривания, например, когда количество паров предварительного однократного испарения слишком велико для задачи отпаривания.
В одном варианте осуществления водяной пар может поступать в вакуумную дистилляционную колонну в зоне на дне участка отпаривания, который расположен ниже зоны для введения жидкости предварительного однократного испарения, так что остаток жидкости предварительного однократного испарения контактирует с водяным паром в зоне отпаривания, в условиях отпаривания остатка.
Таким образом, пары предварительного однократного испарения и необязательно водяной пар преимущественно играют роль среды отпаривания. В результате использования паров предварительного однократного испарения в качестве отпаривающей среды, можно значительно снизить количество применяемого водяного пара. Возможно даже полное исключение использования водяного пара в качестве среды отпаривания. Уменьшение количества водяного пара приводит к нескольким преимуществам, таким как: снижение паровой нагрузки на колонну, уменьшение образования кислых вод (благодаря меньшему количеству конденсата водяного пара).
Зона отпаривания предпочтительно содержит несколько тарелок, предпочтительно от 4 до 8 тарелок или насадку.
В одном варианте осуществления часть паров (или все пары) предварительного однократного испарения проходит в зону на дне отдельной емкости отпаривания, расположенной после вакуумной дистилляционной колонны. Такая конфигурация иллюстрируется вариантом осуществления на фиг. 2.
В случае использования одинаковых обозначений позиций на фиг. 1 и 2, они относятся к одинаковым или аналогичным объектам.
Остаток в вакуумной дистилляционной колонне 30, т.е. узкая фракция остатка (УФО), по трубопроводу 8 поступает в емкость 40 отпаривания, где она отпаривается с использованием паров предварительного испарения, поступающих по трубопроводу 4 из емкости 10 предварительного однократного испарения. Пары, покидающие емкость 40 отпаривания в УФО по трубопроводу 11, проходят в зону на дне участка отпаривания вакуумной дистилляционной колонны 30, как описано выше в изобретении, где они могут способствовать отгону оставшегося парафинистого дистиллята, находящегося в узкой фракции остатка, без какого-либо увеличения нагрузки на установку высокого вакуума. Зона введения в колонну дистилляции паров, покидающих емкость отпаривания фракции УФО, может совпадать с зоной введения потока из печи или, предпочтительно, находится ниже указанной зоны.
В одном варианте осуществления пары предварительного испарения, покидающие емкость 10 предварительного испарения, поступают непосредственно в вакуумную дистилляционную колонну 30 и/или в емкость 40 отпаривания фракции УФО, проходя мимо печи 20. В качестве альтернативы, пары предварительного испарения, покидающие емкость 10 предварительного испарения, сначала можно нагревать в печи с конвективным трубным пучком 3, с целью повышения эффективности отпаривания парами предварительного испарения, или, альтернативно, может быть использована другая нагревающая среда, такая как водяной пар высокого давления, или горячее масло.
По желанию, остаток и дистиллятные фракции, покидающие установку УВВ, дополнительно обрабатываются.
Кроме того, предусмотрена установка УВВ, имеющая конфигурацию, которая обеспечивает характеристики способа, описанные в изобретение. Установка УВВ включает в себя емкость предварительного однократного испарения, вакуумную печь и вакуумную дистилляционную колонну, причем емкость предварительного однократного испарения имеет конфигурацию, обеспечивающую проход пара предварительного однократного испарения в зону, расположенную в нижней части вакуумной дистилляционной колонны, и проход жидкости предварительного однократного испарения в вакуумную печь, причем вакуумная печь имеет конфигурацию для прохождения потока из печи в дополнительную зону, расположенную в нижней части вакуумной дистилляционной колонны.
Зона введения пара предварительного однократного испарения предпочтительно расположена ниже зоны введения потока из печи.
Кроме того, вакуумная дистилляционная колонна может включать зону отпаривания, расположенную ниже зоны введения жидкости предварительного однократного испарения, для отпаривания остатка потока из печи, с помощью паров предварительного однократного испарения и, необязательно, водяного пара.
В вариантах осуществления на фиг. 1 и 2 дополнительно предусмотрена колонна вакуумной дистилляции с секцией скрубберного масла (СМ), которая обычно используется.
Кроме того, установка УВВ может включать емкость отпаривания для отпаривания остатка из колонны вакуумной дистилляции, имеющую конфигурацию для прохождения пара предварительного однократного испарения в зону, расположенную в нижней части вакуумной дистилляционной колонны.