用於直接加工原油的整合的溶劑脫瀝青和水蒸氣熱解方法
2023-08-10 17:29:41 2
用於直接加工原油的整合的溶劑脫瀝青和水蒸氣熱解方法
【專利摘要】本發明提供一種針對與溶劑脫瀝青區相整合的水蒸氣熱解區、以允許直接加工原油原料以便生產包括烯烴和芳香族化合物的石油化學產品的方法。用於直接加工原油以便生產烯屬和芳香族石油化學產品的所述整合的溶劑脫瀝青和水蒸氣熱解方法包括：將所述原油與有效量的溶劑一起裝料至溶劑脫瀝青區，以便產生脫瀝青化且脫金屬化的油流和底部瀝青相；使所述脫瀝青化且脫金屬化的油流在存在水蒸氣的情況下熱裂解以產生混合的產物流；將所述混合的產物流分離；從所述分離的混合產物流回收烯烴和芳香族化合物；以及從所述分離的混合產物流回收熱解燃料油。
【專利說明】用於直接加工原油的整合的溶劑脫瀝青和水蒸氣熱解方法
[0001] 相關申請
[0002] 本申請要求2012年1月27日提交的美國臨時專利申請號61/591，783的權益，所 述申請的公開內容以引用的方式整體併入本文。
[0003] 發明背景 發明領域
[0004] 本發明涉及一種用於直接加工原油以生產石油化學產品如烯烴和芳香族化合物 的整合的溶劑脫浙青和水蒸氣熱解方法。
[0005] 相關技術說明
[0006] 低級烯烴（即，乙烯、丙烯、丁烯以及丁二烯）和芳香族化合物（即，苯、甲苯以及 二甲苯）為石油化學和化學工業中廣泛使用的基本中間體。熱裂解或水蒸氣熱解為通常在 存在水蒸氣的情況下並且在不存在氧的情況下用於形成這些材料的主要類型的方法。用於 水蒸氣熱解的原料可以包括石油氣和餾出物如石腦油、煤油以及瓦斯油。這些原料的可獲 得性通常是有限的並且需要原油精煉廠中的昂貴的且能量密集型的方法步驟。
[0007] 已經使用重質烴作為水蒸氣熱解反應器的原料進行了研究。常規重質烴熱解操 作中的主要缺點為焦炭形成。例如，用於重質液體烴的水蒸氣裂解方法公開於美國專利號 4, 217, 204中，其中將熔鹽的霧狀物引入到水蒸氣裂解反應區中以試圖最小化焦炭形成。在 使用具有3. 1重量％的康拉遜殘炭值的阿拉伯輕質原油的一個實例中，裂解設備能夠在存 在熔鹽的情況下持續操作624小時。在不添加熔鹽的對比實例中，水蒸氣裂解反應器在僅 5小時之後由於反應器中焦炭的形成而變得阻塞且不可操作。
[0008] 此外，使用重質烴作為水蒸氣熱解反應器的原料的烯烴和芳香族化合物的產率和 分布不同於使用輕質烴原料的那些。重質烴具有比輕質烴高的芳香族化合物含量，如由較 高的美國礦務局關聯指數（BMCI)所指示的。BMCI是原料的芳香性的度量並且計算如下：
[0009] BMCI = 87552/VAPB+473. 5*(sp. gr. )-456. 8 (1)
[0010] 其中：
[0011] VAPB =以蘭氏度（degrees Rankine)計的體積平均沸點，並且
[0012] sp. gr.=原料的比重。
[0013] 隨著BMCI降低，乙烯產量預期增加。因此，對於水蒸氣熱解來說，高鏈烷烴或低芳 香族化合物進料通常是優選的，從而獲得較高產率的所需烯烴並且避免較高的不需要的產 物和反應器盤管段中的焦炭形成。
[0014] 水蒸氣裂解器中的絕對焦炭形成速率已由Cai等人，"Coke Formation in Steam Crackers for Ethylene Production, "Chem. Eng. &Proc.，第 41 卷，（2002)，199-214 進行 了報導。一般來說，絕對焦炭形成速率是按照烯烴〉芳香族化合物〉鏈烷烴的遞增順序，其 中烯烴代表重質烯烴。
[0015] 為了能夠響應於對這些石油化學產品的增長的需求，能夠以較大量獲得的其它類 型的進料如原油對於生產者來說具有吸引力。使用原油進料將最小化或消除精煉廠在這些 石油化學產品的生產中出現瓶頸現象的可能性。
[0016] 雖然水蒸氣熱解方法良好發展並且適合於其預定目的，但原料的選擇一直非常有 限。
[0017] 發明概述
[0018] 本文的系統和方法提供一種與溶劑脫浙青區整合的水蒸氣熱解區以便允許直接 加工原油原料來生產石油化學產品，包括烯烴和芳香族化合物。
[0019] 用於直接加工原油以生產烯屬和芳香族石油化學產品的所述整合的溶劑脫浙青 和水蒸氣熱解方法包括：將原油與有效量的溶劑一起裝料至溶劑脫浙青區，以便產生脫浙 青化且脫金屬化的油流和底部浙青相；使所述脫浙青化且脫金屬化的油流在存在水蒸氣的 情況下熱裂解以產生混合的產物流；將所述混合的產物流分離；從所述分離的混合產物流 回收烯烴和芳香族化合物；以及從所述分離的混合產物流回收熱解燃料油。
[0020] 如本文所用，術語"原油"應被理解為包括來自常規來源的全原油、已經經歷一些 預處理的原油。術語原油還將被理解為包括已經經受水-油分離和/或氣-油分離和/或 脫鹽和/或穩定化的原油。
[0021] 本發明的方法的其它方面、實施方案以及優點在以下詳細討論。此外，應理解前述 信息與以下詳述都僅是各種方面和實施方案的說明性實例，並且旨在提供用於理解所要求 保護的特徵和實施方案的性質和特性的概觀或框架。附圖是說明性的並且被提供來進一步 理解本發明的方法的不同方面和實施方案。
[0022] 附圖簡述
[0023] 本發明將在以下並且參照附圖進行進一步詳細描述，其中：
[0024] 圖1是本文所描述的整合方法的實施方案的方法流程圖；並且
[0025] 圖2A至圖2C是按照本文所描述的整合方法中的水蒸氣熱解單元的某些實施方案 中所使用的蒸氣-液體分離裝置的透視圖、俯視圖以及側視圖進行的示例性說明。
[0026] 發明詳述
[0027] 在圖1中示出包括整合的溶劑脫浙青和水蒸氣熱解方法和系統的流程圖。所述整 合的系統包括溶劑脫浙青區、水蒸氣熱解區30以及產物分離區。
[0028] 溶劑脫浙青區總體上包括一級沉降器14、二級沉降器17、脫浙青化/脫金屬化油 (DA/DM0)分離區20以及分離器區23。
[0029] -級沉降器14包括用於接收包含進料流1和溶劑的組合流13的入口，溶劑可為 新鮮溶劑29、再循環溶劑12、再循環溶劑24或包含這些溶劑來源中的一個或多個的組合。 一級沉降器14還包括用於排出一級DA/DM0相15的出口和用於排出一級浙青相16的數個 管出口。二級沉降器17包括位於兩端用於接收一級DA/DM0相15的兩個T型分布器，用於 排出二級DA/DM0相19的出口，以及用於排出二級浙青相18的出口。DA/DM0分離區20包 括用於接收二級DA/DM0相19的入口，用於排出溶劑流12的出口，以及用於排出不含溶劑 的DA/DM0流21供用作流熱解區原料出口。分離容器23包括用於接收一級浙青相16的入 口，用於排出溶劑流24的出口，以及用於排出底部浙青相25的出口。
[0030] 水蒸氣熱解區30總體上包括對流段32和熱解段34,所述熱解段可以基於本領域 已知的水蒸氣熱解單元操作來進行操作，即在存在水蒸氣的情況下將熱裂解進料裝料至所 述對流段。此外，在如本文所描述的某些任選的實施方案中（如在圖1中用虛線所指示的）， 蒸氣-液體分離段36包括在段32與段34之間。來自對流段32的加熱的水蒸氣裂解進料 通過的蒸氣-液體分離段36可以是基於蒸氣和液體的物理或機械分離的分離裝置。
[0031] 在一個實施方案中，蒸氣-液體分離裝置通過並且參照圖2A至圖2C進行說明。蒸 氣-液體分離裝置的類似安排還描述於美國專利公布號2011/0247500中，所述專利以引用 的方式整體併入本文。在這種裝置中，蒸氣和液體以旋流幾何形狀流動通過，由此所述裝置 等溫地並且在非常低的停留時間下操作。一般來說，蒸氣以環形模式渦旋以產生力，其中較 重的液滴和液體被捕獲並且引導穿過至液體出口作為低硫燃料油38,例如，其被添加至熱 解燃料油共混物，並且蒸氣被引導穿過蒸氣出口作為熱解段34的裝料37。氣化溫度和流體 速度被改變以調整近似溫度分界點，例如在某些實施方案中與殘餘燃料油共混物相容，例 如約540°C。
[0032] 淬火區40包括與水蒸氣熱解區30的出口處於流體連通的入口、用於容許淬火溶 液42進入的入口、用於排出淬火的混合的產物流44的出口以及用於排出淬火溶液46的出 □。
[0033] -般來說，中間經過淬火的混合的產物流44被轉化成中間產物流65和氫62,氫 在本發明方法中進行純化並且在加氫加工反應區4中用作再循環氫氣流2。中間產物流 65通常在分離區70中分餾成最終產物和殘餘物，所述分離區可以為一個或多個分離單元， 如多個分餾塔，包括脫乙烷塔，脫丙烷塔以及脫丁烷塔，例如如本領域的普通技術人員所已 知的。例如，適合的設備描述於"Ethylene, "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry，第12卷，第531頁至581頁，具體地說圖24、圖25以及圖26中，所述文獻以引 用的方式併入本文。
[0034] 一般來說，產物分離區70包括與產物流65和多個產物出口 73至78處於流體連 通的入口，所述多個產物出口包括用於排出甲烷的出口 78、用於排出乙烯的出口 77、用於 排出丙烯的出口 76、用於排出丁二烯的出口 75、用於排出混合的丁烯的出口 74以及用於排 出熱解汽油的出口 73。此外，提供用於排出熱解燃料油71的出口。來自分離容器23的底 部浙青相25和來自蒸氣-液體分離段36的任選地排出的部分38與熱解燃料油71相組合 並且混合流可被抽出作為熱解燃料油共混物72,例如，有待在非現場精煉廠中進行進一步 加工的低硫燃料油共混物。應注意，雖然示出了六個產品出口，可以取決於（例如）所採用 的分離單元的安排以及產量和分布要求而提供更少或更多產品出口。
[0035] 在採用圖1中所示的安排的方法的實施方案中，將原油原料1與來自來源29、12 以及24中的一個或多個的溶劑進行混合。然後，將所得混合物13轉移至一級沉降器14。 通過混合和沉降，在一級沉降器14中形成兩個相：一級DA/DM0相15和一級浙青相16。一 級沉降器14的溫度最夠低以從原料回收全部DA/DM0。例如，對於使用正丁烷的系統來說， 適合的溫度範圍為約60°C至150°C，且適合的壓力範圍為使得其在操作溫度下高於正丁烷 的蒸氣壓，例如約15至25巴，以將溶劑維持在液相。在使用正戊烷的系統中，適合的溫度 範圍為約60°C至約180°C，且再次適合的壓力範圍為使得其在操作溫度下高於正戊烷的蒸 氣壓，例如約10至25巴，以將溶劑維持在液相。第二沉降器中的溫度通常高於第一沉降器 中的溫度。
[0036] 包含大部分的溶劑和DA/DM0與少量浙青的一級DA/DM0相15經由位於一級沉降 器14頂部的出口和收集管（未示出）排出。含有40-50體積％的溶劑的一級浙青相16經 由位於一級沉降器14底部的數個管出口排出。
[0037] -級DA/DM0相15進入二級沉降器17兩端的兩個T型分布器，所述二級沉降器充 當最後的提取級。含有少量溶劑和DA/DM0的二級浙青相18從二級沉降器17排出並且再 循環回到一級沉降器14以便回收DA/DM0。獲得二級DA/DM0相19並且傳遞至DA/DM0分 離區20,以獲得溶劑流12和不含溶劑的DA/DM0流21。大於90wt%的裝料至沉降器的溶 齊IJ進入DA/DM0分離區20,所述分離區被設定尺寸以允許溶劑從DA/DM0快速且有效閃蒸分 離。將一級浙青相16輸送至分離容器23,用於閃蒸分離溶劑流24和底部浙青相25。溶劑 流12和24可以用作一級沉降器14的溶劑，因此最小化對新鮮溶劑29的要求。
[0038] 在溶劑脫浙青區中使用的溶劑包括純液體烴類，如丙烷、丁烷以及戊烷，以及其混 合物。溶劑的選擇取決於DA0的要求，以及最終產品的質量和量。溶劑脫浙青區的操作條 件包括溫度為或低於溶劑的臨界點，溶劑與油比在2:1至50:1範圍中，並且壓力在有效維 持沉降器中的溶劑/進料混合物處於液態的範圍中。
[0039] 基本上不含溶劑的DA/DM0流21任選地被水蒸氣汽提（未示出）以去除任何剩餘 的溶劑，並且為熱解進料流，其在存在有效量的水蒸氣（例如經由水蒸氣入口（未示出）容 許進入的）的情況下被傳遞至對流段32。在對流段32中，混合物被加熱至預定溫度，例如， 使用一個或多個廢熱流或其它適合的加熱安排。輕餾分和水蒸氣的經過加熱的混合物任選 地被傳遞至蒸氣-液體分離段36,其中部分38被排出作為適合於與熱解燃料油71共混的 燃料油組分。將剩餘烴部分輸送至熱解段34以產生熱裂解的混合產物流39。
[0040] 水蒸氣熱解區30在有效於使DA/DM0流21裂解成所需產物（包括乙烯、丙烯、丁 二烯、混合的丁烯和熱解汽油）的參數下操作。在某些實施方案中，使用以下條件進行水蒸 氣裂解：對流段中和熱解段中400°C至900°C範圍中的溫度；對流段中0. 3:1至2:1範圍的 水蒸氣與烴比例；以及對流段中和熱解段中〇. 05秒至2秒範圍中的停留時間。
[0041] 在某些實施方案中，蒸氣-液體分離段36包括一個或多個如圖2A至2C中所示的 蒸氣液體分離裝置80。蒸氣液體分離裝置80是操作經濟的並且無需維護的，因為它不需要 電力或化學供應。一般來說，裝置80包括三個埠，包括用於接收蒸氣-液體混合物的入 口埠、分別用於排出和收集所分離的蒸氣和液體的蒸氣出口埠和液體出口埠。裝置 80基於以下現象的組合進行操作，包括進入的混合物的線速度通過全局流動預旋轉段轉化 成旋轉速度、用於使蒸氣與液體（殘餘物）預分離的受控離心作用、以及用於促進蒸氣與液 體（殘餘物）的分離的旋流作用。為了獲得這些作用，裝置80包括預旋轉段88、受控的旋 流垂直段90以及液體收集器/沉降段92。
[0042] 如圖2B中所示，預旋轉段88包括在截面（S1)與截面（S2)之間的受控的預旋轉 元件和與受控的旋流垂直段90連接並且位於截面（S2)與截面（S3)之間的連接元件。來 自具有直徑（D1)的入口 82的蒸氣液體混合物在截面（S1)處切向進入設備。根據以下等 式，進入流的進入段（S1)的面積為入口 82的面積的至少10% :
[0043]
【權利要求】
1. 一種用於直接加工原油以生產烯屬和芳香族石油化學產品的整合的溶劑脫浙青和 水蒸氣熱解方法，所述方法包括： a. 將所述原油與有效量的溶劑一起裝料至溶劑脫浙青區，以便產生脫浙青化且脫金屬 化的油流和底部浙青相； b. 使所述脫浙青化且脫金屬化的油流在存在水蒸氣的情況下熱裂解以產生混合的產 物流； c. 將所述熱裂解的混合的產物流分離； d. 從所述分離的混合產物流回收烯烴和芳香族化合物；以及 e. 從所述分離的混合產物流回收熱解燃料油。
2. 如權利要求1所述的整合方法，其中步驟（c)包括 用多個壓縮級壓縮所述熱裂解的混合產物流； 使所述壓縮的熱裂解混合產物流經受苛性鹼處理以產生具有降低的硫化氫和二氧化 碳含量的熱裂解的混合產物流； 壓縮所述具有降低的硫化氫和二氧化碳含量的熱裂解的混合產物流； 使所述壓縮的具有降低的硫化氫和二氧化碳含量的熱裂解的混合產物流脫水； 從所述脫水的壓縮的具有降低的硫化氫和二氧化碳含量的熱裂解的混合產物流回收 氫；以及 從所述脫水的壓縮的具有降低的硫化氫和二氧化碳含量的熱裂解的混合產物流的剩 餘部分獲得如步驟（d)中的烯烴和芳香族化合物以及如步驟（e)中的熱解燃料油。
3. 如權利要求2所述的整合方法，其進一步包括從所述脫水的壓縮的具有降低的硫化 氫和二氧化碳含量的熱裂解的混合產物流單獨回收甲烷以用作所述熱裂解步驟中的燃燒 器和/或加熱器的燃料。
4. 如權利要求1所述的整合方法，其中所述熱裂解步驟包括在水蒸氣熱解區的對流段 中加熱加氫加工的流出物，將所述加熱的加氫加工的流出物分離成蒸氣餾分和液體餾分， 將所述蒸氣餾分傳遞至水蒸氣熱解區的熱解段，並且排出所述液體餾分。
5. 如權利要求4所述的整合方法，其中將所述排出的液體餾分與步驟（e)中回收的熱 解燃料油進行共混。
6. 如權利要求4所述的整合方法，其中將所述加熱的加氫加工的流出物分離成蒸氣餾 分和液體餾分是使用基於物理和機械分離的蒸氣-液體分離裝置。
7. 如權利要求6所述的整合方法，其中所述蒸氣-液體分離裝置包括 具有進入部分和過渡部分的預旋轉元件，所述進入部分具有用於接收所述流動的流體 混合物的入口和曲線形導管， 受控的旋流段，所述旋流段具有 通過所述曲線形導管和所述旋流段的會合點毗連至所述預旋轉元件的入口， 在所述旋流構件的上部端的提升管段，蒸氣通過所述提升管段； 以及 液體收集器/沉降段，液體通過所述液體收集器/沉降段。
8. 如權利要求1所述的整合方法，其中步驟（a)包括 混合所述原油原料與補充溶劑和任選地新鮮溶劑； 將所述混合物轉移至一級沉降器，其中形成一級脫浙青化且脫金屬化的油相和一級浙 青相； 將所述一級脫浙青化且脫金屬化的油相轉移至二級沉降器，其中形成二級脫浙青化且 脫金屬化的油相和二級浙青相； 將所述二級浙青相再循環至所述一級沉降器，以回收另外的脫浙青化且脫金屬化的 油； 將所述二級脫浙青化且脫金屬化的油相輸送至脫浙青化且脫金屬化的油分離區，以獲 得再循環溶劑流和基本上不含溶劑的脫浙青化且脫金屬化的油流； 將所述一級浙青相輸送至分離容器，用於閃蒸分離另外的再循環溶劑流和底部浙青 相， 其中所述基本上不含溶劑的脫浙青化且脫金屬化的油流為所述水蒸氣熱解區的進料。
9.如權利要求8所述的整合方法，其中將所述底部浙青相與在步驟（e)中回收的熱解 燃料油共混。
【文檔編號】B01D45/12GK104093820SQ201380006608
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2013年1月27日 優先權日:2012年1月27日
【發明者】A·布雷恩, R·沙菲, E·薩耶德, I·A·阿巴, A·R·Z·阿赫拉斯 申請人:沙烏地阿拉伯石油公司