СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ГИДРОКРЕКИНГА С ВЫСОКОЙ КОНВЕРСИЕЙ
METHOD AND INSTALLATION FOR HYDROCRACKING WITH HIGH CONVERSION

Изобретение относится к способу гидрокрекинга углеводородного исходного сырья для получения продуктов с более низкой температурой кипения, таких как средний дистиллят, которые могут быть более ценными, чем исходное сырье. В частности, изобретение относится к способу, с помощью которого накопление тяжелых полиядерных ароматических соединений (HPNA - сокр. от англ. heavy poly-nuclear aromatic) сводится к минимуму, и который отделяет эти соединения в концентрированной форме, как часть неконвертированной нефти, чтобы они могли быть удалены, что приводит к повышенным конверсии и выходу продуктов.
Гидрокрекинг представляет собой процесс превращения больших углеводородных молекул в продукты с более низкой молекулярной массой. Это позволяет превратить тяжелое исходное сырье в привлекательные с коммерческой точки зрения виды топлива. Полная конверсия нефти или синтетических тяжелых газойлей в продукты перегонки, такие как бензин, реактивное и дизельное топливо, в гидрокрекинге является практически ограниченной из-за образования тяжелых полиядерных ароматических соединений (HPNA), которые имеют ограниченную растворимость в потоке продукта и имеют сильную тенденцию к дезактивации используемых катализаторов. Традиционное решение этой проблемы заключается в использовании высокого парциального давления водорода, чтобы ограничить скорость образования HPNA, а затем удалить часть потока рециркуляции нефти в виде потока неконвертированной нефти, чтобы удалить соединения HPNA и предшественники из системы, эффективно уравновешивая скорость удаления HPNA со скоростью их образования в результате реакций. Этот подход ограничивает общий уровень конверсии, достижимый в гидрокрекинге.
Теперь, согласно настоящему изобретению накопление соединений HPNA предотвращается путем минимизации рециркуляции таких образовавшихся соединений. Это реализуется с помощью двухстадийного гидрокрекинга, имеющего основную секцию фракционирования, принимающую продукт первой и второй стадии, и секцию конечного разделения, обычно стриппинг-колонну, принимающую только продукт второй стадии. Таким образом, секция конечного разделения получает только ограниченный объем, и может быть сконфигурирована для эффективного удаления нежелательных тяжелых продуктов. Может быть предпочтительным, перед фракционированием продуктов на одну или несколько легких фракций, использовать одну или обе стадии гидрокрекинга при высокой конверсии, поскольку это будет ограничивать объем, направляемый дальше в секцию конечного разделения. Если поток 2-ой стадии гидрокрекинга затем разделяют при высокой температуре и/или подвергают стриппингу, эффективность разделения может быть увеличена еще больше, что приводит к минимальному удалению неконвертированной нефти при рециркуляции минимального количества выпаров HPNA.
Термин «неконвертированная нефть» в соответствии с терминологией данной области должен означать фракцию продукта, кипящую в том же диапазоне, что и исходное сырье. Таким образом, «неконвертированная» относится к наблюдаемой температуре кипения, а не к тому, изменилась ли молекулярная структура компонентов в процессе.
Термины «тяжелые и легкие углеводороды» включены только в качестве относительных и описательных терминов и не должны истолковываться как исключающие конкретные фракции, если это не указано, например, с помощью диапазонов температур кипения.
Термин «температура начала кипения» в соответствии с терминологией данной области должен рассматриваться как температура для данного давления, при которой пузырьки газа только образуются в углеводородной смеси.
Если указана температура кипения, то это может быть либо начальная температура кипения, либо температура кипения определенного % отгона, в соответствии с определениями стандарта ASTM D86. Среднюю температуру кипения следует понимать как среднеобъемную температуру кипения в соответствии с использованием в области нефтепереработки, например в издании American Petroleum Institute’s Technical Data Book.
Термин «гидрокрекинг» в соответствии с терминологией в данной области следует рассматривать как процесс каталитического превращения высококипящей высокомолекулярной углеводородной нефти в условиях повышенного давления водорода и при высоких температурах в продукты с более низким диапазоном кипения и с более низкой молекулярной массой. Гидрокрекинг происходит в широком диапазоне условий. Давление может составлять от 10 до 160 бар в атмосфере, обогащенной водородом, обычно от 80 % до 100 %. Температура может составлять от 280° до 450°С. Материалы, каталитически активные при гидрокрекинге, активны как для крекинга углерод-углеродных связей, так и для гидрирования ненасыщенных молекул, присутствующих в исходном сырье и продуктах. Такой материал, каталитически активный при гидрокрекинге, обычно содержит кислотный тугоплавкий носитель, часто смешанный с матрицей носителя, и либо элемент благородного металла из группы 8, 9 или 10 согласно IUPAC, обычно платину (Pt) или палладий (Pd), либо сульфидированный металл из группы 6 согласно IUPAC, часто промотированный с помощью еще одного сульфидированного металла из группы 8, 9 или 10 согласно IUPAC, обычно молибден (Мо) или вольфрам (W) в сочетании с никелем (Ni) или кобальтом (Со).
Термин «конверсия гидрокрекинга» в соответствии с терминологией данной области следует рассматривать как массу продукта углеводорода, кипящего ниже определенного предела, деленную на количество исходного сырья. Как известно специалисту, конверсия в процессе может определяться природой используемого материала, каталитически активного при гидрокрекинге, используемым количеством, объемной скоростью в реакторе и температурой каталитически активного материала.
Термин «стриппинг-колонна» должен в соответствии с терминологией данной области рассматриваться как противоточное многоступенчатое устройство для разделения, использующее внешнюю среду для стриппинга, такую как пар или газ, подаваемый в нижней части колонны, чтобы способствовать разделению потока исходного сырья на более легкий продукт с более низкой молекулярной массой, получаемый в верхней части колонны, и более тяжелый продукт с более высокой молекулярной массой, получаемый в нижней части колонны. Как правило, пар будет иметь более низкую температуру, чем поток исходного сырья, который должен быть разделен, и, таким образом, легкие и тяжелые потоки, выходящие из стриппинг-колонны, будут иметь более низкую температуру, чем поток исходного сырья.
Фракционирующая колонна в соответствии с терминологией данной области должна рассматриваться как противоточное многоступенчатое устройство для разделения, используемое для разделения по меньшей мере двух, но обычно трех или более фракций продукта, на основании диапазона кипения и относительной летучести. Степень разделения в этой колонне определяется комбинацией используемых коэффициентов орошения и равновесных ступеней. Внешнее тепло обычно подводится к потоку исходного сырья или к нижней части колонны или к промежуточным потокам внутри колонны с целью генерирования желаемых потоков орошения. Кроме того, во фракционирующую колонну может подаваться поток пара или другой среды для стриппинга, чтобы помочь разделению.
Устройство для разделения газа/жидкости в соответствии с терминологией данной области следует рассматривать как сосуд, в который поступает поток исходного сырья, состоящий из фазы выпара и жидкой фазы, который обеспечивает достаточное время объемного удержания фаз, чтобы разделить их с помощью силы тяжести, а затем раздельно вывести из этого сосуда в виде двух или более потоков продукта. Обычно секция разделения, содержащая несколько устройств для разделения газа/жидкости, может быть сконфигурирована для разделения при различных уровнях давления и температуры, что может обеспечить более эффективное разделение и/или более высокую тепловую эффективность.
Реактор с орошаемым слоем или устройство для гидрокрекинга с орошаемым слоем в соответствии с терминологией данной области следует рассматривать как сосуд, в котором один или несколько слоев неподвижного твердого каталитически активного материала, обычно в форме гранул, контактируют с потоком жидкости и газообразным потоком.
Термин «соединение по текучей среде» следует интерпретировать как любое существенное беспрепятственное соединение между двумя элементами процесса, включая, но не ограничиваясь ими, соединение через трубопроводы, через одну и ту же сторону теплообменников, но исключая соединение через реактор, содержащий каталитически активный материал.
Настоящее раскрытие изобретения в широкой форме относится к способу конверсии смеси углеводородов, в которой по меньшей мере 95 % имеют температуру кипения выше 150°С, в более низко кипящий углеводородный продукт, включающему стадии
(a) направления указанной смеси углеводородов для контакта с каталитически активным при гидрокрекинге материалом в условиях гидрокрекинга,
(b) предоставления продукта первого гидрокрекинга,
(c) направления по меньшей мере части  указанного продукта первого гидрокрекинга и части конвертированного продукта гидрокрекинга на стадию разделения продукта с разделением его на один или несколько продуктов и рециркулирующую нефть, имеющую более высокую среднюю температуру кипения, чем указанные продукты,
(d) направления указанной рециркулирующей нефти для контакта со вторым каталитически активным в гидрокрекинге материалом в условиях гидрокрекинга, с получением продукта второго гидрокрекинга,
(e) направление по меньшей части  указанного продукта второго гидрокрекинга в качестве исходного сырья на вторую стадию разделения, с разделением указанного продукта второго гидрокрекинга по меньшей мере на две фракции - конвертированный продукт гидрокрекинга и неконвертированную нефть, имеющую более высокую среднюю температуру кипения, чем вышеуказанная рециркулирующая нефть,
(f) и извлечения по меньшей мере части  указанной неконвертированной нефти в качестве удаляемой части,
причем сопутствующее преимущество такого процесса обеспечивает то, что эффективность разделения для разделения продукта второго гидрокрекинга на второй стадии разделения является высокой, так что на стадию разделения продукта направляется минимальное количество HPNA, и что HPNA отбрасывается, чтобы гарантировать, что накопление HPNA сводится к минимуму. Подача на стадию разделения продукта может представлять собой один объединенный поток исходного сырья секции разделения или множество отдельных потоков исходного сырья секции разделения.
В другом варианте исполнения вышеуказанная вторая стадия разделения получает термическую энергию от по меньшей мере одного источника тепла для нагревания по меньшей мере одного входящего потока в средство для разделения, принимающее участие в указанной второй стадии разделения, или одного внутреннего потока указанной второй стадии разделения до температуры на 5°С, 20°С или 50°С выше температуры начала кипения указанного входящего потока или указанного внутреннего потока, причем сопутствующим преимуществом обеспечения тепла для указанной второй стадии разделения является обеспечение высокоэффективного отделения выпара от неконвертированной нефти. Для продуктов, в которых преобладает дизельное топливо, эта температура обычно будет составлять выше 350°C, 380°C или 400°C, а для продуктов, в которых преобладает нафта, эта температура обычно будет составлять выше 260°C, 280°C или 300°C.
В другом варианте исполнения упомянутая вторая стадия разделения включает разделение газа/жидкости за одну или несколько стадий, имеющуюся при желании промежуточную стадию разделения и конечную стадию разделения, причем указанная имеющаяся при желании промежуточная стадия разделения, если она имеет место, получает по меньшей мере часть жидкости из указанных стадий разделения газа/жидкости и обеспечивает тяжелую фракцию указанной жидкости из вышеуказанных стадий разделения газа/жидкости на указанную конечную стадию разделения, или, если указанная промежуточная стадия разделения отсутствует, указанная конечная стадия разделения получает по меньшей мере фракцию жидкости из указанных стадий разделения газа/жидкости, и причем указанная термическую энергию направляют во входящий поток на указанную конечную стадию разделения, причем сопутствующее преимущество указанной конечной стадии разделения состоит в работе с высокой эффективностью, при необходимости нагревания только ограниченного потока.
В другом варианте исполнения упомянутая вторая стадия разделения включает одну или несколько промежуточных стадий разделения, получающих жидкую фракцию из указанных стадий разделения газ/жидкость и направляющих легкую фракцию на указанную стадию разделения продукта и направляющих тяжелую фракцию на указанную конечную стадию разделения, причем сопутствующее преимущество заключается в ограничении количества материала, подлежащего нагреванию и отделению на указанной конечной стадии разделения в дальнейшем.
В другом варианте исполнения указанная конечная стадия разделения представляет собой стадию стриппинга, получающую жидкую фракцию, среду для стриппинга и при необходимости рециркулят жидкости, и в которой указанную термическую энергию направляют на одну или несколько из упомянутой жидкой фракции, среды для стриппинга и упомянутого присутствующего при необходимости рециркулята жидкости, причем сопутствующее преимущество стадии стриппинга в том, что она является высокоэффективной для выделения выпара из небольшого количества тяжелой неконвертированной нефти.
В другом варианте исполнения весь пар, необходимый для работы вышеуказанной стадии разделения продукта, направляется на упомянутую стадию стриппинга, и в которой упомянутая среда для стриппинга представляет собой пар при уровне давления, совместимом с работой упомянутой стадии разделения продукта, причем сопутствующее преимущество состоит в эффективном использовании пара для стриппинга. Обычно уровень давления пара, соответствующий стадии разделения продукта, будет составлять от 3 до 10 бар избыточного давления, поскольку это соответствует нормальным уровням давления, обычно встречающимся в секции выделения продукта гидрокрекинга.
В другом варианте исполнения указанная конечная стадия разделения представляет собой фракционирующую колонну, принимающую жидкую фракцию, при необходимости поток пара и при необходимости рециркулят жидкости, и в которой указанную термическую энергию направляют на одну или несколько из указанной жидкой фракции, указанного присутствующего при необходимости потока пара и указанного присутствующего при необходимости рециркулята жидкости или в форме повторного кипячения тяжелых нижних фракций, причем сопутствующее преимущество в том, что фракционирующая колонна является простым и эффективным средством разделения, которое также может быть выполнено с возможностью работы при давлении ниже атмосферного.
В другом варианте исполнения указанная конечная стадия разделения принимает поток, имеющий массовый расход менее чем 25 %, 10 % или 5 % от массового расхода углеводородной смеси, причем сопутствующим преимуществом такого процесса является экономическая эффективность вследствие малого размера указанной конечной стадии разделения, при наличии минимального удаления неконвертированной нефти. Как известно специалисту в данной области, это может быть достигнуто путем соответствующего контроля и конфигурации условий разделяющего устройства выше по потоку от конечной стадии разделения, а также с помощью условий процесса, определяющих конверсию в первом материале, каталитически активном при гидрокрекинге, и условий процесса, определяющих конверсию во втором материале, каталитически активном при гидрокрекинге.
В другом варианте исполнения по меньшей мере 50 %, 70 % или 80 % указанного продукта первого гидрокрекинга кипит ниже начальной температуры кипения указанной тяжелой углеводородной смеси, и по меньшей мере 50 %, 70 % или 80 % указанного продукта второго гидрокрекинга кипит ниже начальной температуры кипения упомянутой рециркулирующей нефти, причем сопутствующее преимущество заключается в том, что такая агрессивная работа двух стадий гидрокрекинга ограничивает количество неконвертированной нефти, направляемой на конечную стадию разделения, и, таким образом, это обеспечивает эффективную работу конечной стадии разделения.
В другом варианте исполнения указанный способ работает при давлении ниже 140 бар или ниже 120 бар, причем сопутствующее преимущество такого низкого давления, по сравнению с нормальными давлениями выше 160 бар, связано со значительной экономией капитальных и эксплуатационных затрат на устройство для гидрокрекинга.
В другом варианте исполнения на указанную вторую стадию разделения не направляют поток продукта первого гидрокрекинга без предварительного контакта со вторым каталитически активным материалом, причем сопутствующее преимущество в том, что указанный продукт второго гидрокрекинга не разбавляется, обеспечивая простое отделение потока, обогащенного HPNA, от продукта второго гидрокрекинга.
В другом варианте исполнения температура подачи продукта второго гидрокрекинга на вторую стадию разделения составляет по меньшей мере 320°С, 350°С или 380°С, причем соответствующее преимущество заключается в поддержании высокого уровня температуры на второй стадии разделения, так что окончательный стриппинг жидкого выходящего потока продукта второго гидрокрекинга может эффективно отделить HPNA от более легких фракций продукта.
Другой объект настоящего раскрытия изобретения относится к установке для процесса гидрокрекинга, включающей аппарат для гидрокрекинга с орошаемым слоем первой стадии, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, аппарат для гидрокрекинга с орошаемым слоем второй стадии, имеющий впускное отверстие и выпускное отверстие, секцию разделения продукта, имеющую по меньшей мере одно впускное отверстие и по меньшей мере выпускное отверстие для легкой фракции и выпускное отверстие для тяжелой фракции, вторую секцию разделения, имеющую впускное отверстие и по меньшей мере выпускное отверстие для легкой фракции и выпускное отверстие для тяжелой фракции, в которой указанное впускное отверстие аппарата для гидрокрекинга первой стадии соединено по текучей среде с потоком исходного сырья, и указанное выпускное отверстие аппарата для гидрокрекинга первой стадии соединено по текучей среде с впускным отверстием указанной секции разделения продукта, в которой выпускное отверстие для нижней фракции указанной секции разделения продуктов соединено по текучей среде с впускным отверстием второго аппарата для гидрокрекинга, при необходимости через общую фракционирующую колонну, выпускное отверстие второго аппарата для гидрокрекинга соединено по текучей среде с указанным впускным отверстием второй секции разделения, указанное выпускное отверстие для легкой фракции второй секции разделения соединено по текучей среде с одним впускным отверстием указанной секции разделения продукта, а указанное выпускное отверстие для тяжелой фракции второй секции разделения соединено по текучей среде с линией удаления неконвертированной нефти, причем отсутствует соединение по текучей среде между выпускным отверстием указанного аппарата для гидрокрекинга первой стадии или выпускным отверстием указанной секции разделения продукта и впускным отверстием второй секции разделения, причем соответствующее преимущество в том, что такая технологическая схема установки способствует тому, что тяжелый продукт, содержащий HPNA, в основном выводится в виде удаляемой части и не подвергается рециркуляции.
В другом варианте исполнения указанная вторая стадия стадии разделения продукта включает секцию разделения жидкости/выпара, имеющую впускное отверстие, выпускное отверстие для выпара и выпускное отверстие для жидкости, причем указанная вторая стадия стадии разделения продукта при необходимости содержит горячий сепаратор высокого давления и горячий сепаратор низкого давления, сконфигурированный для выхода жидкости указанного горячего сепаратора высокого давления, соединенный по текучей среде с входным отверстием для потока исходного сырья указанного горячего сепаратора низкого давления, и для выхода жидкости из указанного горячего сепаратора низкого давления, соединенного по текучей среде с выпускным отверстием для жидкости секции разделения гидрокрекинга второй стадии, и секцию стриппинга, причем указанная секция стриппинга при желании включает в себя первое средство разделения второй стадии, такое как стриппинг-колонна или фракционирующая колонна, и второе средство разделения второй стадии, такое как стриппинг-колонна или фракционирующая колонна, каждая из которых имеет впускное отверстие для потока исходного сырья, выпускное отверстие для выпара и выпускное отверстие для жидкости и при необходимости впускное отверстие для среды для стриппинга, причем впускное отверстие указанного первого средства разделения второй стадии соединено по текучей среде с выпускным отверстием для жидкости секции разделения жидкости/выпара, и это первое средство разделения второй стадии при необходимости получает пар среднего давления в качестве среды для стриппинга, и при этом выпускное отверстие для жидкости первого средства для разделения второй стадии соединено по текучей среде с впускным отверстием второго средства разделения второй стадии, которое при необходимости дополнительно получает пар низкого давления в качестве среды для стриппинга, и причем выпускное отверстие для выпара упомянутого первого средства разделения второй стадии соединено по текучей среде с впускным отверстием для потока исходного сырья упомянутой секции разделения продукта и выпускное отверстие для выпаров указанной второй стриппинг-колонны второй стадии соединено по текучей среде с впускным отверстием потока исходной среды указанной секции разделения продукта, причем сопутствующее преимущество такого процесса заключается в работе процесса стриппинга в две стадии, что обладает преимуществом в выведении газа до секции фракционирования и перед смешиванием с продуктом стадии первого гидрокрекинга.
В другом варианте исполнения стриппинг-колонна второй стадии встроена в основную колонну фракционирования продукта с помощью размещения тарелки с разделительными стенками, причем сопутствующее преимущество состоит в исключении отдельной емкости для стриппинг-колонны с соответствующей экономией в стоимости оборудования.
Гидрокрекинг представляет собой процесс превращения больших углеводородных молекул в продукты с более низкой молекулярной массой. Это позволяет превратить тяжелое исходное сырье в привлекательные с коммерческой точки зрения виды топлива. Полная конверсия тяжелого углеводородного исходного сырья, особенно в случае содержания ароматических соединений, для перегонки продуктов, таких как бензин, реактивное и дизельное топливо, в гидрокрекинге является практически ограниченной из-за образования тяжелых полиядерных ароматических соединений (HPNA), которые имеют ограниченную растворимость в потоке продукта, часто ниже 5000 м.д. Эта проблема может иметь отношение к нефтяным или синтетическим тяжелым газойлям, а также к потокам тяжелых углеводородов другого происхождения, таким как масла для пиролиза или газификации из обработки материалов биологического сырья, отходов и угля.
24
12
28
14
32
16
32
14
Соединения HPNA, образованные в результате нежелательных побочных реакций во время гидрокрекинга, являются стабильными, и практически невозможно превратить их в более легкие продукты путем гидрокрекинга. HPNA представляют собой конденсированные полициклические ароматические соединения, имеющие 7+ колец, например, коронены CH, бензокоронены CH, дибензокоронены CH и овалены CH.
Когда предел растворимости для HPNA превышен, в линиях передачи, клапанах и на поверхностях теплообменника образуются твердые вещества. Кроме того, HPNA могут способствовать дезактивации катализатора в результате необратимого образования кокса на активных центрах реакции. Проблемы с HPNA возникают в особенности при переработке тяжелого исходного сырья с высокими конечными температурами при перегонке и с большим количеством ароматического крекированного сырья в установках вторичной переработки с высокой степенью конверсии.
Следовательно, если HPNA в рециркуляционных потоках накапливается до высоких уровней, это может привести к дезактивации катализаторов и потенциальному засорению оборудования.
Традиционное решение этой проблемы состоит в удалении части потока рециркулирующей нефти в виде потока неконвертированной нефти, чтобы вывести из системы соединения HPNA, растворенные в неконвертированной нефти (UCO - сокр. от англ. unconverted oil), эффективно уравновешивая скорость удаления HPNA со скоростью их формирования в результате реакций. Этот подход ограничивает общий уровень конверсии, достижимый при гидрокрекинге, и требует выведения большего количества UCO, чем желательно.
В обычном двухстадийном процессе гидрокрекинга углеводородное исходное сырье из тяжелого газойля объединяют с газом, обогащенным водородом, и подвергают реакции над катализатором, чтобы получить выходящий продукт гидрокрекинга первой стадии, содержащий менее плотные продукты с более низкой молекулярной массой. Неконвертированную нефть со стадии фракционирования продукта затем объединяют с газом, обогащенным водородом, и подвергают реакции над катализатором, чтобы получить выходящий продукт гидрокрекинга второй стадии, содержащий менее густые продукты с более низкой молекулярной массой. Выходящий поток гидрокрекинга из реакторов первой и второй стадии обычно объединяют, а затем конденсируют и разделяют в одной секции разделения на жидкую часть, содержащую в основном углеводороды, и выпарную часть, содержащую в основном непрореагировавший водород. Выпары из этого разделения могут быть объединены с подпиточным водородным газом для компенсирования водорода, израсходованного в реакции, и затем могут быть сжаты и повторно рециркулированы обратно в реакторы. Объединенный жидкий продукт из секции разделения фракционируется на одной или нескольких стадиях перегонки, а тяжелая неконвертированная фракция рециркулируется для увеличения степени превращения в желаемые продукты. Чтобы избежать избыточного накопления HPNA, боковой поток из рециркулята неконвертированной нефти удаляется. Необходимое количество удаляемого может быть уменьшено, если HPNA в рециркулирующем потоке перед удалением концентрируют в стриппинг-колонне.
В соответствии с настоящим раскрытием изобретения достигают того, что накопления соединений HPNA можно избежать с помощью новой технологической схемы процесса, в которой рециркуляция образующихся соединений HPNA минимизируется. Такая технологическая схема процесса реализуется путем работы первой стадии гидрокрекинга с высокой конверсией и фракционирования продукта на одну или несколько легких фракций и тяжелый продукт. Этот тяжелый продукт направляется на вторую стадию гидрокрекинга, обеспечивая поток второго гидрокрекинга. Этот поток второго гидрокрекинга затем разделяют независимо от продукта первой стадии, обычно в ходе серии стадий высокотемпературного мгновенного испарения и стриппинга с паром, с получением верхней фракции и тяжелого неконвертированного продукта. Если оба гидрокрекинга работают с высокой конверсией, а процессы стриппинга работают при высокой температуре, возможно даже еще больше снизить количество неконвертированного выводимого продукта.
Значительная стоимость установок гидрокрекинга связана с желанием эксплуатировать процесс при высоком давлении. Одной из причин этого является необходимость защиты катализатора от дезактивации из-за присутствия HPNA путем обеспечения повышенного количества водорода на поверхностях катализатора. При меньшем количестве HPNA возможно уменьшить количество водорода, то есть, снизить давление, при котором протекает процесс, например, от 150-180 бар до примерно 100-130 бар. Это изменение давления значительно снижает капитальные затраты, поскольку снижаются количество и качество материала. Кроме того, более низкое давление водорода также будет снижать потребление водорода на установке, что положительно скажется на эксплуатационных расходах.
Некоторые преимущества настоящего способа связаны с выбором высокой конверсии на двух стадиях гидрокрекинга. Конверсию можно считать контролируемым параметром, который можно регулировать - во время работы, в основном, с помощью температуры и объемной скорости, а во время разработки процесса также с помощью количества катализатора и выбора катализатора. Часто желательна умеренная конверсия, поскольку это приведет к низкой потере выхода из-за низкой выработки газов, и, кроме того, если в рециркуляции присутствуют PNA и HPNA, то высокая конверсия также увеличит образование HPNA. Однако высокая конверсия также может быть полезной, поскольку это может увеличить выход желаемых продуктов. В некоторых вариантах исполнения настоящей схемы предпочтительной является высокая конверсия, поскольку это уменьшит количество тяжелого продукта и неконвертированной нефти и, таким образом, упростит выведение этой неконвертированной нефти из процесса. При конверсии на первой стадии около 80 % и рециркуляции в зоне второй стадии около 20-40 %, вторая стадия будет меньше, чем половина от размера первой стадии, а при конверсии на второй стадии около 80 % меньше чем 5-10 % потока исходного сырья будет находиться в тяжелых фракциях со второй стадии, из которой необходимо отделить неконвертированную нефть, чтобы избежать рециркуляции HPNA. Производительность гидрокрекинга может быть улучшена в результате работы при более низкой конверсии на первой стадии и более высоких коэффициентах рециркуляции на второй стадии. В таком случае настоящее раскрытие изобретения еще может обеспечить либо более низкие степени удаления, либо более низкие концентрации HPNA в потоке рециркулирующей нефти, по сравнению с традиционными конфигурациями гидрокрекинга.
При выполнении конечной стадии разделения при температуре выше температуры начала кипения жидкости, подлежащей разделению, фракция продукта, которая высвобождается из фракции, содержащей HPNA, увеличивается, что означает, что количество тяжелого продукта, не являющегося HPNA, отводимого вместе с неконвертированной нефтью, уменьшается.
В настоящем раскрытии изобретения конечная стадия разделения может представлять собой стриппинг-колонну или фракционирующую колонну. Отдельно расположенная стриппинг-колонна может быть присоединена к существующей фракционирующей колонне и требует лишь простых стандартных противоточных тарелок. Стриппинг-секция также может быть встроена во фракционирующую колонну и, таким образом, сэкономить затраты на отдельно расположенную стриппинг-колонну, но требует использования более сложной конфигурации тарелок с разделительными стенками.
Способ обычно использует в каскаде разделяющее устройство высокого давления/высокой температуры и разделяющее устройство газа/жидкости низкого давления/высокой температуры. Если такая конфигурация работает при высокой температуре, потребность в нагревании выше по потоку от конечной стадии разделения снижается.
Фиг. 1 показывает двухстадийный процесс гидрокрекинга согласно настоящему раскрытию изобретения на упрощенной технологической схеме.
Фиг. 2 показывает двухстадийный процесс гидрокрекинга согласно настоящему раскрытию изобретения.
Фиг. 3 показывает двухстадийный процесс гидрокрекинга согласно настоящему раскрытию изобретения.
Фиг. 4 показывает двухстадийный процесс гидрокрекинга согласно предшествующему уровню техники.
102 углеводородное исходное сырье
104 подпиточный водород
106 поток исходного сырья
108 исходное сырье первой стадии
110 теплообменник
114 пламенный подогреватель
116 горячий поток для гидрокрекинга
118 реактор гидрокрекинга первой стадии
120 продукт первой стадии гидрокрекинга
124 исходное сырье горячего сепаратора высокого давления
126 горячий сепаратор высокого давления
128 поток горячего выпара
130 охладитель
132 исходное сырье холодного сепаратора
134 холодный сепаратор высокого давления
136 поток холодного выпара
138 холодный жидкий продукт
140 поток горячей жидкости
142 горячий сепаратор низкого давления
144 поток горячего выпара низкого давления
146 комбинированный поток горячего выпара низкого давления
148 охладитель
150 комбинированный поток холодного выпара низкого давления
152 поток исходного сырья холодного сепаратора низкого давления
154 горячий поток жидкости низкого давления
156 холодный сепаратор низкого давления
158 газ среднего давления
160 поток холодной жидкости
162 поток исходного сырья стриппинг-колонны
164 рециркуляционный компрессор
166 рециркуляционный газ под давлением
168 рециркулирующий газ второй стадии
170 рециркулирующий газ первой стадии
172 охлажденный продукт гидрокрекинга
200 поток рециркулирующего исходного сырья
202 исходное сырье второй стадии
204 теплообменник
206 предварительно нагретый поток исходного сырья второй стадии
208 пламенный подогреватель
210 поток исходного сырья второй стадии
212 реактор гидрокрекинга второй стадии
214 продукт второго гидрокрекинга
216 охлажденный продукт второго гидрокрекинга
218 горячий сепаратор высокого давления
220 поток горячего выпара
222 жидкий продукт высокого давления
224 горячий сепаратор низкого давления
226 поток горячего выпара низкого давления второй стадии
228 жидкий продукт низкого давления
230 первая стриппинг-колонна среднего давления
232 пар среднего давления
234 поток исходного сырья стриппинг-колонны второй стадии
236 поток исходного сырья
237 поток исходного сырья фракционирующей колонны для тяжелых фракций
238 стриппинг-колонна низкого давления
239 поток исходного сырья стриппинг-колонны низкого давления
240 пар низкого давления
241 суммарный поток нижних фракций
242 выпар стриппинг-колонны
243 рециркулирующая жидкость после стриппинга
244 неконвертированная жидкость после стриппинга
245 рециркулирующая часть стриппинг-колонны
246 стриппинг-колонна среднего давления
248 пар среднего давления
250 газ низкого давления
252 жидкость после стриппинга
254 пламенный подогреватель
256 поток исходного сырья фракционирующей колонны
258 фракционирующая колонна
260 дизельное топливо
262 керосин
264 нафта
266 нижняя фракция
267 теплообменник
268 насос для рециркулирующей нефти
270 поток рециркулирующей нефти
272 нижняя фракция для стриппинга
На Фиг. 1 общий вариант исполнения настоящего способа показан для примера без потоков водорода и газа, поскольку эти потоки хорошо известны специалисту и могут быть реализованы различными способами. На первой стадии углеводородное исходное сырье 102 предварительно нагревают в одном или обоих из теплообменника 110 и пламенного подогревателя 114, что, в зависимости от конкретных обстоятельств, может быть заменено на соответствующий теплообмен с технологическим потоком или другими нагревательными средствами. Полученный горячий поток для гидрокрекинга 116 направляется в реактор гидрокрекинга первой стадии 118, в котором образуется продукт первой стадии гидрокрекинга 120. Этот продукт первой стадии гидрокрекинга 120 охлаждают в теплообменнике 110 и направляют в первую секцию разделения, где он, как правило, посредством традиционного каскада разделяющих устройств (здесь не показаны) разделяется на один или несколько потоков выпара (здесь не показаны) и поток исходного сырья для фракционирующей колонны 256. На второй стадии нижняя фракция 266 из фракционирующей колонны 258 приводится в движение с помощью насоса для рециркулирующей нефти 268 в качестве потока рециркулирующего исходного сырья 200. Добавляют газ, обогащенный водородом, обычно, рециркулирующий газ (здесь не показан), и этот поток рециркулирующего исходного сырья 200 предварительно нагревают путем теплообмена с продуктом второго гидрокрекинга 214 в теплообменнике 204 с образованием предварительно нагретого потока исходного сырья второй стадии 206, дополнительно нагреваемого, например, в пламенном подогревателе 208, и направляют в качестве потока исходного сырья второй стадии 210 в реактор гидрокрекинга второй стадии 212. Продукт второго гидрокрекинга 214 охлаждают в теплообменнике 204 и направляют во вторую секцию разделения, обычно содержащую каскад разделяющих устройств для отделения газов (здесь не показано), где этот охлажденный продукт второго гидрокрекинга направляется в качестве потока исходного сырья 236 в стриппинг-колонну низкого давления 238, в которую поступает пар низкого давления 240. Выпар стриппинга 242 из стриппинг-колонны низкого давления 238 направляется в качестве исходного сырья во фракционирующую колонну 258 и неконвертированная жидкость после  стриппинга 244 из стриппинг-колонны низкого давления 238 направляется на удаление в качестве неконвертированной нефти. Во фракционирующую колонну 258 подают выпар стриппинга 242 и поток исходного сырья фракционирующей колонны 256 в виде двух потоков, как показано, или в виде одного объединенного потока и разделяют его на такие продукты, как дизельное топливо 260, керосин 262 и нафта 264, а также нижнюю фракцию 266. В результате такого способа все исходное сырье поступает в реактор гидрокрекинга первой стадии 118, который работает как прямоточный реактор. Реактор гидрокрекинга второй стадии 212 работает в рециркуляционном контуре, но стриппинг продукта второй стадии в стриппинг-колонне 238 обеспечивает эффективное удаление наиболее тяжелых фракций, так что образовавшиеся молекулы HPNA в значительной степени удаляются из технологической установки до объединения с нижней фракцией 266.
о
На Фиг. 2 показан аналогичный общий вариант исполнения настоящего способа с бльшим количеством оборудования и подробностями, включая потоки обогащенного водородом газа и разделяющие устройства, не показанные на Фиг. 1а.
На первой стадии углеводородное исходное сырье 102 и подпиточный водород 104 объединяются в поток исходного сырья 106, к которому добавляют рециркулирующий газ первой стадии 170. Полученное в результате исходное сырье первой стадии 108 предварительно нагревается в одном или нескольких теплообменнике 110 и пламенном подогревателе 114, что, в зависимости от конкретных обстоятельств, может быть заменено на соответствующий теплообмен с технологическим потоком или другими нагревательными средствами. Полученный горячий поток для гидрокрекинга 116 направляется в реактор гидрокрекинга первой стадии 118, в котором образуется продукт первой стадии гидрокрекинга 120. Этот продукт первой стадии гидрокрекинга 120 объединяют с потоком горячего выпара второй стадии 220, охлаждаемым с помощью исходного сырья первой стадии 108 в теплообменнике 110, и охлажденный продукт гидрокрекинга первой стадии направляют в качестве исходного сырья горячего сепаратора высокого давления 124 в горячий сепаратор высокого давления первой стадии 126, обеспечивающий поток горячего выпара первой стадии 128 и горячий поток жидкости первой стадии 140. Поток горячего выпара первой стадии охлаждают в охладителе 130 и направляют в качестве исходного сырья холодного сепаратора 132 в холодный сепаратор высокого давления 134, обеспечивающий поток холодного выпара первой стадии 136 и холодный жидкий продукт первой стадии 138. Поток горячей жидкости первой стадии 140 подвергают сбросу давления и направляют в горячий сепаратор низкого давления первой стадии 142, получая поток горячего выпара низкого давления первой стадии 144 и поток горячей жидкости низкого давления первой стадии 154. Поток горячего выпара низкого давления первой стадии 144 объединяют с потоком горячего выпара низкого давления второй стадии 226 в объединенный поток горячего выпара низкого давления 146, который охлаждают в охладителе 148. Охлажденный поток выпара низкого давления 150 объединяют с холодным жидким продуктом первой стадии 138, образуя поток исходного сырья холодного сепаратора низкого давления 152, который направляют в холодный сепаратор низкого давления 156, получая газ среднего давления 158 и поток холодной жидкости 160. Поток холодной жидкости 160 объединяют с потоком горячей жидкости низкого давления первой стадии 154, образуя поток исходного сырья стриппинг-колонны 162. Поток холодного выпара первой стадии 136 направляют в рециркуляционный компрессор 164, обеспечивая рециркулирующий газ под давлением 166, который разделяется на рециркулирующий газ первой стадии 170 и рециркулирующий газ второй стадии 168.
Нижнюю фракцию 266 из фракционирующей колонны 258 направляют в насос рециркулирующей нефти 268 в качестве потока рециркулирующего исходного сырья 200, объединяют с рециркулирующим газом второй стадии 168 и направляют в качестве потока исходного сырья второй стадии 202. Этот поток исходного сырья второй стадии 202 предварительно нагревают посредством теплообмена с продуктом второго гидрокрекинга 214 в теплообменнике 204, образуя предварительно нагретый поток исходного сырья второй стадии 206, дополнительно нагреваемого, например, в пламенном подогревателе 208, и направляют в качестве потока исходного сырья второй стадии 210 в реактор гидрокрекинга второй стадии 212. Продукт второго гидрокрекинга 214 охлаждают в теплообменнике 204. Охлажденный продукт второго гидрокрекинга 216 направляют в качестве исходного сырья во вторую разделительную секцию, содержащую горячий сепаратор высокого давления 218, обеспечивающий поток горячего выпара 220, который направляют на первую стадию, и жидкий продукт высокого давления 222. Жидкий продукт высокого давления 222 направляют в горячий сепаратор низкого давления второй стадии 224, который обеспечивает горячий поток выпара низкого давления второй стадии 226, который направляют на первую стадию, и жидкий продукт низкого давления 228. Жидкий продукт низкого давления 228 направляют в качестве исходного сырья в первую стриппинг-колонну среднего давления 230, получая пар среднего давления 232 в качестве среды для стриппинга. Фазу выпара из первой стриппинг-колонны среднего давления 230 направляют в качестве потока исходного сырья стриппинг-колонны второй стадии 234 во вторую стриппинг-колонну среднего давления 246. Жидкость после стриппинга из первой стриппинг-колонны среднего давления 230 направляют в качестве потока исходного сырья 236 в стриппинг-колонну низкого давления 238, получая пар низкого давления 240. Дополнительная теплота может подаваться в стриппинг-колонну низкого давления 238 посредством нагревания потока исходного сырья 236 или потока низкого давления 240 или путем нагревания части  неконвертированной жидкости после стриппинга 244 и ее рециркуляции (не показано) в исходное сырье стриппинг-колонны низкого давления 238 или их комбинации. Выпар стриппинга 242 из стриппинг-колонны низкого давления 238 направляется в качестве исходного сырья во фракционирующую колонну 258, где он также обеспечивает необходимую среду для стриппинга для нижней части фракционирующей колонны, а неконвертированная жидкость после стриппинга 244 из стриппинг-колонны низкого давления 238 направляют на удаление в качестве неконвертированной нефти. Вторая стриппинг-колонна среднего давления 246 принимает поток исходного сырья стриппинг-колонны первой стадии 162 и поток исходного сырья стриппинг-колонны второй стадии 234 (проиллюстрированы как отдельные потоки, но эти потоки также могут быть объединены), а также поток пара среднего давления 248. Выпар из второй стриппинг-колонны среднего давления направляют в виде газа низкого давления 250, и жидкость после стриппинга 252 из второй стриппинг-колонны среднего давления нагревают, например, в пламенном подогревателе 254 и направляют в качестве потока исходного сырья фракционирующей колонны 256 во фракционирующую колонну 258. Фракционирующая колонна 258 разделяет поток исходного сырья фракционирующей колонны 256 на продукты, такие как дизельное топливо 260, керосин 262 и нафта 264, а также нижнюю фракцию 266. В результате такого способа все исходное сырье поступает в реактор гидрокрекинга первой стадии 118, который работает как прямоточный реактор. Реактор гидрокрекинга второй стадии 212 работает в рециркуляционном контуре, но стриппинг продукта второй стадии в стриппинг-колоннах 230 и 238 обеспечивает эффективное удаление наиболее тяжелых фракций, так что образовавшиеся молекулы HPNA в значительной степени удаляются из технологической установки до объединения с нижней фракцией 266.
В дополнительном варианте исполнения часть неконвертированной жидкости после стриппинга 244 может быть объединено с нижней фракцией 266 и подвергнуто рециркуляции, чтобы увеличить конверсию UCO, или часть этой неконвертированной жидкости после стриппинга 244 может быть объединено с углеводородным исходным сырьем 102 и, таким образом, подвергнуто рециркуляции в реактор гидрокрекинга первой стадии 118.
Другой вариант исполнения предполагает физическую конфигурацию стриппинг-колонны низкого давления 238, которая может быть встроена в основную колонну фракционирования продукта посредством размещения тарелки с разделительными стенками.
Другой вариант исполнения предполагает рециркуляцию части  неконвертированной жидкости после стриппинга 244 в стриппинг-колонну низкого давления 238 (или другое средство разделения в том же положении) в рециркулирующий поток стриппинг-колонны, причем преимущество состоит в дополнительном удалении легких углеводородов из неконвертированной жидкости после стриппинга 244. Этот вариант исполнения может включать нагревание рециркулирующего потока стриппинг-колонны, например, путем теплообмена с нижней фракцией 266. В еще одном варианте исполнения такой рециркулирующий поток стриппинг-колонны может быть объединен с паром и направлен в нижнюю часть стриппинг-колонны, при желании после нагревания. Это будет иметь преимущество эффективного нагревания рециркулирующего потока стриппинг-колонны.
В других вариантах исполнения среда для стриппинга 232, 240 и 248 может быть не паром, а потоком газа, такого как водород или топливный газ.
На Фиг. 3 показан еще один вариант исполнения настоящего способа.
На первой стадии углеводородное сырье 102 и подпиточный водород 104 объединяют в поток исходного сырья 106, к которому добавляют рециркулирующий газ первой стадии 170. Полученное в результате исходное сырье первой стадии 108 предварительно нагревают в одном или нескольких из теплообменника 110 и пламенного подогревателя 114, что, в зависимости от конкретных обстоятельств, может быть заменено на соответствующий теплообмен с технологическим потоком или другими нагревательными средствами. Полученный горячий поток для гидрокрекинга 116 направляют в реактор гидрокрекинга первой стадии 118, в котором образуется продукт первой стадии гидрокрекинга 120. Этот продукт первой стадии гидрокрекинга 120 объединяют с потоком горячего выпара второй стадии 220, охлаждаемым с помощью исходного сырья первой стадии 108 в теплообменнике 110, и охлажденный продукт гидрокрекинга первой стадии направляют в качестве исходного сырья горячего сепаратора высокого давления 124 в горячий сепаратор высокого давления первой стадии 126, обеспечивающий поток горячего выпара первой стадии 128 и горячий поток жидкости первой стадии 140. Поток горячего выпара первой стадии охлаждают в охладителе 130 и направляют в качестве исходного сырья холодного сепаратора 132 в холодный сепаратор высокого давления 134, обеспечивающий поток холодного выпара первой стадии 136 и холодный жидкий продукт первой стадии 138. Поток горячей жидкости первой стадии 140 подвергают сбросу давления и направляют в горячий сепаратор низкого давления первой стадии 142, получая поток горячего выпара низкого давления первой стадии 144 и поток горячей жидкости низкого давления первой стадии 154. Поток горячего выпара низкого давления первой стадии 144 объединяют с потоком горячего выпара низкого давления второй стадии 226 в объединенный поток горячего выпара низкого давления 146, который охлаждают в охладителе 148. Охлажденный поток выпара низкого давления 150 объединяют с холодным жидким продуктом первой стадии 138, образуя поток исходного сырья холодного сепаратора низкого давления 152, который направляют в холодный сепаратор низкого давления 156, получая газ среднего давления 158 и поток холодной жидкости 160. Поток холодной жидкости 160 объединяют с потоком горячей жидкости низкого давления первой стадии 154, образуя поток исходного сырья стриппинг-колонны 162. Поток холодного выпара первой стадии 136 направляют в рециркуляционный компрессор 164, обеспечивая рециркулирующий газ под давлением 166, который разделяется на рециркулирующий газ первой стадии 170 и рециркулирующий газ второй стадии 168.
Нижнюю фракцию 266 из фракционирующей колонны 258 направляют в насос рециркулирующей нефти 268 в качестве потока рециркулирующего исходного сырья 200, объединяют с рециркулирующим газом второй стадии 168 и направляют в качестве потока исходного сырья второй стадии 202. Этот поток исходного сырья второй стадии 202 предварительно нагревают посредством теплообмена с продуктом второго гидрокрекинга 214 в теплообменнике 204, образуя предварительно нагретый поток исходного сырья второй стадии 206, дополнительно нагреваемый, например, в пламенном подогревателе 208, и направляют в качестве потока исходного сырья второй стадии 210 в реактор гидрокрекинга второй стадии 212. Продукт второго гидрокрекинга 214 охлаждают в теплообменнике 204. Охлажденный продукт второго гидрокрекинга 216 направляют в качестве исходного сырья во вторую разделительную секцию, содержащую горячий сепаратор высокого давления 218, обеспечивающий поток горячего выпара 220, который направляют на первую стадию, и жидкий продукт высокого давления 222. Жидкий продукт высокого давления 222 направляют в горячий сепаратор низкого давления второй стадии 224, который обеспечивает горячий поток выпара низкого давления второй стадии 226, который направляют на первую стадию, и жидкий продукт низкого давления 228. Жидкий продукт низкого давления 228 направляют в качестве исходного сырья в первую стриппинг-колонну среднего давления 230, получая пар среднего давления 232 в качестве среды для стриппинга. Фазу выпара из первой стриппинг-колонны среднего давления 230 направляют в качестве потока исходного сырья стриппинг-колонны второй стадии 234 во вторую стриппинг-колонну среднего давления 246. Жидкость после стриппинга из первой стриппинг-колонны среднего давления 230 направляют в качестве потока 236, который разделяется на поток исходного сырья фракционирующей колонны для тяжелых фракций 237 и поток исходного сырья стриппинг-колонны низкого давления 239. Расход потока исходного сырья фракционирующей колонны для тяжелых фракций 237 регулируют с целью контролирования расхода суммарных кубовых фракций в виде потока 241 из стриппинг-колонны низкого давления 238. Поток исходного сырья стриппинг-колонны низкого давления 239 направляют в стриппинг-колонну низкого давления 238, в которую также поступает пар низкого давления 240. Неконвертированная жидкость после стриппинга 241 из стриппинг-колонны низкого давления 238 разделяется на часть рециркулята стриппинг-колонны 245, часть 244, направляемую на удаление в качестве неконвертировааной нефти, и часть 243, объединенную с потоком нижней части фракционирующей колонны 266, направляемую в качестве рециркулята в реактор гидрокрекинга второй стадии 212, Дополнительная теплота подается в стриппинг-колонну низкого давления 238 посредством объединения рециркулирующей части стриппинг-колонны 245 с средой для стриппинга 240 и направления этого потока в теплообменник 267, получающий тепло от потока нижней части фракционирующей колонны 266, до направления этого нагретого потока с целью питания стриппинг-колонны низкого давления 238. Выпар стриппинг-колонны 242 из стриппинг-колонны низкого давления 238 направляется в качестве исходного сырья во фракционирующую колонну 258, где он также обеспечивает необходимую среду для стриппинга для нижней части фракционирующей колонны. Вторая стриппинг-колонна среднего давления 246 принимает поток исходного сырья стриппинг-колонны первой стадии 162 и поток исходного сырья стриппинг-колонны второй стадии 234 (проиллюстрированы как отдельные потоки, но эти потоки также могут быть объединены), а также пар среднего давления 248. Выпар из второй стриппинг-колонны среднего давления направляют в виде газа низкого давления 250, а жидкость после стриппинга 252 из второй стриппинг-колонны среднего давления объединяют с потоком исходного сырья фракционирующей колонны для тяжелых фракций 237 и нагревают, например, в пламенном подогревателе 254 и направляют в качестве потока исходного сырья фракционирующей колонны 256 во фракционирующую колонну 258. Фракционирующая колонна 258 разделяет поток исходного сырья фракционирующей колонны 256 на продукты, такие как дизельное топливо 260, керосин 262 и нафта 264, а также нижнюю фракцию 266. В результате такого способа все исходное сырье поступает в реактор гидрокрекинга первой стадии 118, который работает как прямоточный реактор. Реактор гидрокрекинга второй стадии 212 работает в рециркуляционном контуре, но стриппинг продукта второй стадии в стриппинг-колоннах 230 и 238 обеспечивает эффективное удаление наиболее тяжелых фракций, так что образовавшиеся молекулы HPNA в значительной степени удаляются из технологического процесса до объединения с нижней фракцией 266.
Как будет ясно специалисту в данной области техники, также возможны альтернативные варианты исполнения, в которых элементы Фиг. 1, Фиг. 2 и Фиг. 3 комбинируются по отдельности. Например, стриппинг-колонна низкого давления 238 может быть заменена фракционирующей колонной, и могут быть реализованы только одна или две отличительные особенности управления расходом жидкости после стриппинга с помощью потока 237, рециркуляции части жидкости после стриппинга 243 и подачи тепла к стриппинг-колонне низкого давления посредством нагретого пара и рециркуляции в теплообменнике 267.
На Фиг. 4 показан процесс согласно предшествующему уровню техники. На первой стадии углеводородное исходное сырье 102 и подпиточный водород 104 объединяют в поток исходного сырья 106, к которому добавляют рециркулирующий газ первой стадии 170. Полученное в результате исходное сырье первой стадии 108 предварительно нагревают в теплообменнике 110 и направляют на дальнейшее предварительное нагревание, в данном случае в пламенном подогревателе 114, который, в зависимости от конкретных обстоятельств, может быть заменен на соответствующий теплообмен с технологическим потоком или другими нагревательными средствами. Полученный горячий поток для гидрокрекинга 116 направляют в реактор гидрокрекинга первой стадии 118, в котором образуется продукт первой стадии гидрокрекинга 120. Этот продукт первой стадии гидрокрекинга 120 охлаждают с помощью исходного сырья первой стадии 108 в теплообменнике 110, и этот охлажденный продукт гидрокрекинга 172 объединяют с охлажденным продуктом второго гидрокрекинга 216 и направляют в секцию разделения, где он образует исходное сырье горячего сепаратора высокого давления 124, и далее направляют в горячий сепаратор высокого давления 126, обеспечивающий поток горячего выпара 128 и поток горячей жидкости 140. Поток горячего выпара 128 охлаждают в охладителе 130 и направляют в качестве исходного сырья холодного сепаратора 132 в холодный сепаратор высокого давления 134, обеспечивающий поток холодного выпара 136 и холодный жидкий продукт 138. Поток горячей жидкости 140 подвергают сбросу давления и направляют в горячий сепаратор низкого давления 142, обеспечивая поток горячего выпара низкого давления 144 и поток горячей жидкости низкого давления 154. Поток горячего выпара низкого давления 144 охлаждают в охладителе 148. Охлажденный поток выпара низкого давления 150 объединяют с холодным жидким продуктом 138, образуя поток исходного сырья холодного сепаратора низкого давления 152, который направляют в холодный сепаратор низкого давления 156, получая газ среднего давления 158 и поток холодной жидкости 160. Поток холодной жидкости 160 объединяют с потоком горячей жидкости низкого давления 154, образуя поток исходного сырья стриппинг-колонны 162. Поток холодного выпара 136 направляют в рециркуляционный компрессор 164, получая рециркулирующий газ под давлением 166, который разделяется на рециркулирующий газ первой стадии 170 и рециркулирующий газ второй стадии 168.
Поток рециркулирующей нефти 270 направляют в насос рециркулирующей нефти 268 в качестве потока рециркулирующего исходного сырья 200, объединяют с рециркулирующим газом второй стадии 168 и направляют в качестве потока исходного сырья второй стадии 202, который предварительно нагревают посредством теплообмена с продуктом второго гидрокрекинга 214 в теплообменнике 204, образуя предварительно нагретый поток исходного сырья второй стадии 206, дополнительно нагреваемый, например, в пламенном подогревателе 208, и направляют в качестве потока исходного сырья второй стадии 210 в реактор гидрокрекинга второй стадии 212. Продукт второго гидрокрекинга 214 охлаждают в теплообменнике 204. Охлажденный продукт второго гидрокрекинга 216 направляют, чтобы объединить с охлажденным продуктом первого гидрокрекинга 172. Стриппинг-колонна среднего давления 246 принимает поток исходного сырья стриппинг-колонны 162, а также пар среднего давления 248. Выпар из стриппинг-колонны среднего давления направляют в виде газа низкого давления 250, а жидкость после стриппинга 252 из стриппинг-колонны среднего давления нагревают, например, в пламенном подогревателе 254 и направляют в качестве потока исходного сырья фракционирующей колонны 256 во фракционирующую колонну 258. Фракционирующая колонна 258 разделяет поток исходного сырья фракционирующей колонны 256 на продукты, такие как дизельное топливо 260, керосин 262 и нафта 264, а также нижнюю фракцию 266. Нижняя фракция разделяется на поток рециркулирующей нефти 270 и нижнюю фракцию для стриппинга 272, направляемую в качестве входящей в стриппинг-колонну низкого давления 238, в которую поступает пар низкого давления 240. Выпар стриппинга 242 из стриппинг-колонны низкого давления 238 направляют в качестве исходного сырья во фракционирующую колонну 258, а неконвертированную жидкость после стриппинга 244 из стриппинг-колонны низкого давления 238 направляют на удаление в качестве неконвертированной нефти. По сравнению с настоящим раскрытием изобретения, наиболее тяжелые HPNA, полученные в результате реакции на обеих стадиях гидрокрекинга, полностью смешиваются в поток рециркулирующей нефти 270, что приводит к более высоким концентрациям HPNA и худшей эффективности. Эта конфигурация содержит меньше элементов оборудования, поскольку исключают горячий сепаратор высокого давления 218, горячий сепаратор низкого давления 224 и стриппинг-колонну среднего давления 230, но из-за того, что общая эффективность разделения ниже, потери выхода за счет удаления неконвертированной жидкости после стриппинга 244 являются более высокими.
Примеры
Способ согласно настоящему раскрытию изобретения из Фиг. 1 и Фиг. 2 оценивали по сравнению со способом согласно предшествующему уровню техники, как показано на Фиг. 3, с использованием комбинации данных, полученных из экспериментов в масштабах пилотной установки и моделирования процесса. В отличие от настоящего раскрытия изобретения, традиционная двухстадийная конфигурация гидрокрекинга в соответствии с предшествующим уровнем техники, как показано на Фиг. 3, объединяет продукты с обеих стадий реакции в один поток, который направляется в секцию извлечения продукта этой установки. То есть, поток 124 на Фиг. 3 содержит потоки 120 и 214 из реакторов первой и второй стадий, которые охлаждают и объединяют в единый поток 124, подающийся в резервуар горячего сепаратора высокого давления 126. После серии этапов разделения объединенный продукт направляют в стриппинг-колонну для продукта 246, а затем во фракционирующую колонну для продукта 258. Отводимый поток нижней фракции фракционирующей колонны 266, который представляет собой комбинацию рециркулирующей нефти, полученной в реакторах как первой, так и второй стадий, подвергается стриппингу в боковой колонне, присоединенной к нижней части фракционирующей колонны для концентрирования HPNA в удаляемом потоке неконвертированной нефти 244.
Чтобы сравнить характеристики как традиционной конфигурации (Фиг. 3), так и настоящего раскрытия изобретения, как описано на Фиг. 2, сначала было проведено испытание на пилотной установке, чтобы определить суммарный выход HPNA из двух стадий процесса гидрокрекинга. Затем выполнялось моделирование стадий разделения и стриппинга для определения концентрации HPNA в стационарном режиме в соответствующих потоках рециркулирующей нефти 200 для каждой конфигурации. Испытание на пилотной установке показало, что в конкретных условиях этого испытания выход HPNA составлял 15 масс. ч.н.млн по отношению к исходному сырью, или было получено 15 мг общего количества HPNA на один килограмм обработанного исходного сырья. Обе конфигурации процесса были смоделированы на основе получения удаляемого выхода суммарной неконвертированной нефти (UCO), составляющего 1 % масс. от исходного сырья, содержащего все чистые HPNA, полученные в результате реакции. Сравнение результатов обобщено в таблицах ниже. Можно видеть, что в обоих случаях концентрация молекул HPNA в удаляемом потоке UCO является одинаковой и компенсирует полный выход HPNA на стадиях реакции гидрокрекинга. Были разработаны сценарии для коэффициентов рециркуляции нефти в диапазоне от 25 % до 60 % от объема подачи свежего исходного сырья. В случае обычной конфигурации из Фиг. 3, температура потока исходного сырья 272 в верхнюю часть стриппинг-колонны низкого давления 238 находилась в диапазоне 360-365°С. В случае настоящего раскрытия изобретения на Фиг. 2 температура потока исходного сырья 236 в верхнюю часть стриппинг-колонны 238 находилась в диапазоне 380-385°С. В обоих случаях использовались один и тот же источник и скорость потока пара для стриппинга 240 в нижнюю часть стриппинг-колонны 238.
Пример 1:
Первый пример представляет собой случай, когда уровень конверсии как на 1-ой, так и на 2-ой стадиях гидрокрекинга фиксирован на уровне примерно 80 % от подачи в реактор при помощи соответствующего выбора объема катализатора, объемной скорости и температуры. При этих условиях конверсии скорость подачи исходного сырья 2-ой стадии или коэффициент рециркуляции нефти (поток 200) составляет примерно 25 % от подачи на 1-ой стадии (поток 102), которая обозначена в таблице 1 как свежее исходное сырье. Результаты, сравнивающие концентрацию HPNA в стационарном режиме в рециркулирующей нефти при постоянной скорости удаления неконвертированной нефти показаны в таблице 1.
Таблица 1:
Конфигурация
Предшествующий уровень техники Фиг. 3
Настоящее раскрытие изобретения Фиг. 1
Конверсия
% масс. исходного сырья 1<sup>ой</sup>/2<sup>ой</sup> стадий
80/80
80/80
Выход HPNA
масс. ч.н.млн от свежего исходного сырья
15
15
Удаление UCO
% масс. от свежего исходного сырья
1,0
1,0
HPNA в удаляемом потоке
масс. ч.н.млн от удаляемого потока
1500
1500
Рециркуляция нефти
% масс. от свежего исходного сырья
25
25
HPNA в рециркулирующей нефти
масс. ч.н.млн от рециркулирующей нефти
675
95
В конфигурации согласно предшествующему уровню техники, а также в настоящем раскрытии изобретения, количество HPNA, удаленного из установки, является одинаковым, и концентрация HPNA в неконвертированной нефти является одинаковой. Однако различие в конфигурации процесса приводит к значительно более низкой концентрации HPNA в рециркулирующей нефти, подаваемой для второй стадии.
Пример 2:
Второй пример представляет собой случай, когда уровень конверсии как на 1-ой, так и на 2-ой стадиях гидрокрекинга фиксирован на уровне примерно 63 % от подачи в реактор, например, при помощи соответствующего снижения объема катализатора, увеличения объемной скорости или увеличения температуры по сравнению с Примером 1. По сравнению с Примером 1, работа в условиях пониженной конверсии на каждой стадии приведет к лучшей селективности по отношению к жидким продуктам, полученным в результате гидрокрекинга. При этих условиях конверсии скорость подачи исходного сырья 2-ой стадии или коэффициент нефти (поток 200) составляет примерно 60 % от подачи на 1-ой стадии (поток 102), которая обозначена как свежее исходное сырье. Результаты, сравнивающие концентрацию HPNA в стационарном режиме в рециркулирующей нефти при постоянной скорости удаления неконвертированной нефти показаны в таблице 2.
Таблица 2:
Конфигурация
Общепринято Фиг. 3
Настоящее раскрытие изобретения Фиг. 1
Конверсия
% масс. исходного сырья 1<sup>ой</sup>/2<sup>ой</sup> стадий
63/63
63/63
Выход HPNA
масс. ч.н.млн от свежего исходного сырья
15
15
Удаление UCO
% масс. от свежего исходного сырья
1,0
1,0
HPNA в удаляемом потоке
масс. ч.н.млн от удаляемого потока
1500
1500
Рециркуляция нефти
% масс. от свежего исходного сырья
60
60
HPNA в рециркулирующей нефти
масс. ч.н.млн от рециркулирующей нефти
595
290
Как и в Примере 1, концентрация HPNA в потоке рециркулирующей нефти существенно снижается в новом раскрытии изобретения по сравнению с обычным исполнением. Разница в концентрации меньше, чем видно в первом примере, как следствие высокого содержания UCO, присутствующего в выходящем потоке реактора второй стадии, и соответствующей более низкой степени испарения на стадиях стриппинга.
Эти результаты иллюстрируют, что новая последовательность стадий разделения и стриппинга, используемая в настоящем раскрытии изобретения, существенно снижает концентрацию HPNA в стационарном режиме в потоке рециркулирующей нефти при гидрокрекинге, с 675 масс. ч.н.млн до 95 масс. ч.н.млн HPNA при коэффициенте рециркуляции нефти 25 %. Когда коэффициент рециркуляции нефти увеличивается до 60 % от исходного сырья, новая схема процесса дает снижение от 595 масс. ч.н.млн до 290 масс. ч.н.млн HPNA. Следовательно, по всему практическому диапазону коэффициентов рециркуляции нефти, обычно используемому в двухстадийных процессах гидрокрекинга, настоящее раскрытие изобретения дает значительное снижение рециркуляции HPNA.
Поскольку известно, что высокая концентрация HPNA в рециркулирующей нефти вызывает повышенную дезактивацию катализатора, это снижение рециркуляции HPNA может обеспечить следующие преимущества для процесса гидрокрекинга, которые в настоящее время не могут быть достигнуты с помощью известных традиционных конфигураций. Пониженная концентрация HPNA приводит к более низким скоростям дезактивации катализатора, что дает более продолжительные рабочие циклы и улучшенные выходы из процесса. Могут быть позволены более высокие выходы HPNA и, таким образом, появляется возможность разрабатывать процесс гидрокрекинга при более низком давлении с соответствующей экономией на капитальных и эксплуатационных затратах. Установки, изначально предназначенные для прямоточной работы с низкой конверсией, могут быть модернизированы для работы с рециркуляцией при более высокой конверсии при сохранении приемлемых уровней HPNA. Более высокие выходы HPNA также могут допускаться из более тяжелого, более высококипящего и имеющего большее содержание ароматических соединений исходного сырья без необходимости в более дорогих условиях конструирования и без потерь выхода, связанных с увеличенными степенями удаления UCO. Все эти результаты могут приводить к существенным экономическим преимуществам для коммерческого потребителя.