CN106190276B - 一种石油催化加工方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种石油催化加工方法及装置，通过采用技术先进的全混式催化裂解‑活塞式流动态非临氢催化重整联合工艺技术，完成石油的催化加工过程。原料油经过加热脱水除杂系统处理后进入催化裂解反应器，催化裂解反应器通过转油线直接与非临氢催化重整反应器相连，催化重整反应产物进入分馏塔进行产物分馏。该加工方法及装置能适应年处理量几千到数十万吨级微型或小型处理量的原油或各种废油加工过程，并且在达到节能降耗目的的同时，还能提高轻质油品收率，操作简单，生产成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油催化加工方法及装置，更具体地说，是指一种微型或小型处理量的石油催化加工方法及装置。
背景技术
原油炼制工艺一般是通过如下三个过程完成的，即：常减压蒸馏--提升管流化催化裂化/或重油加氢裂化--临氢催化重整等过程。但是这一加工方法仅适用于原油三百万吨以上的加工过程；对于小型处理量，或微型处理量的原油加工显然并不完全适合。
在缅甸中部实盖省(Sagaing)--马圭省(Magway)和曼德勒省(Mandalay地区)，有不少小型油田，是缅甸历史悠久的产油区，它们的石油产业可以追溯到一千年前。在马圭省Monywa的Monyue区曾经集聚了大约300家民营小型炼油企业，他们用的还是100多年前甚至更久远的单独釜蒸馏炼油装置(当地称为“煮油”)，它们采用的工艺技术和设备十分原始和简陋。目前大约尚有100-150套这种装置在运行。其产品质量无法达到国际通用的标准，亦即无法用于现代化的新型发动机。产品收率低、能耗高、安全生产没有保障、三废污染严重、特别是它们炼油所需的能源是靠砍伐树木的木材来供应的。因此也造成生态环境的破坏的危害。同时还有经济效益也较低等严重缺陷，整个产业面临被淘汰的危机。因此，现急待发展新的原油加工技术取代之。
目前所面临的是三方面问题：一是如要建立百万吨级到千万吨级现代化炼油装置，该地区油田的原油供应量无法满足，需进口；二是这些现有小型炼油企业尚处在发展的初步阶段，无论从经营方式、资金集聚、技术、人才等等方面，都不具备建立百万吨级的现代化炼油企业的能力；三是缅甸的经济与社会发展需要，对于汽油、柴油、燃油、燃气的需求快速增长，现在70％以上仰赖进口。而缅甸本土的民营炼油企业面临被边沿化、被淘汰的危机。这种状况亟待改变。
发明内容
本发明的目的是提供一种微型或小型处理量的石油催化加工方法，通过采用技术先进的全混式催化裂解--活塞式流动态非临氢催化重整联合工艺技术，完成石油的催化加工过程；该加工技术能适应年处理量几千到数十万吨级微型或小型处理量的原油或各种废油加工过程，并且在达到节能降耗目的的同时，还能提高轻质油品收率，操作简单，生产成本较低。本发明还提供了一种微型或小型处理量的石油催化加工装置。
本发明解决其技术问题所采用的石油催化加工方法，包括：a)催化裂解过程：将原料油泵入催化裂解反应器，同时将一定量的裂解催化剂油浆也泵入催化裂解反应器；b)非临氢催化重整反应：催化裂解反应产物直接进入非临氢催化重整反应器进行非临氢催化重整反应；c)分馏过程：非临氢催化重整反应产物进入分馏塔进行产物分馏，分馏塔侧线从上到下抽出轻柴油、重柴油、塔底裂解重油、塔顶引出汽油蒸汽和裂解气混合物。
为了进一步实现本发明，还包括：d)干气回收过程：分馏塔顶引出的汽油蒸汽和裂解气混合物，经冷凝冷却后在油气分离罐中分离，罐底引出汽油产品，罐项引出裂解气经过一级压缩系统脱除凝析油，二级压缩系统后进入LPG/干气分离器回收液化石油气和干气。
为了进一步实现本发明，还包括：f)原料油预处理过程：原料油先进入加热脱水系统，利用热沉降原理进行脱水除杂处理。
为了进一步实现本发明，还包括：g)加氢精制过程：分馏得到的汽油、轻/重柴油送到加氢精制系统或吸附精制系统脱除其中的硫氮杂质。
所述催化裂解反应的特点是，在剧烈的搅拌下，使原料油分子与催化剂微粒充分接触，采用液相羰离子型裂解催化剂，令原油中的较大分子量的重组分油分子裂解为较小分子量的较高品质的轻质燃油分子，如汽油馏分、柴油馏分、LPG(液化石油气)等。在所述全混式催化裂解反应是按照羰离子型的链反应机理进行的，由如下四个步骤完成，即高能质子酸的产生(由催化剂与微量水生成)、羰离子链的产生(由高能质子攻击烃链生成)、羰离子链的发展(由新生高能羰离子攻击烃链生成发展)、该链反应按2n次幂高速进行，反应链的吸收与中断，即质子由氢转移反应被烃碳链吸收，羰离子与烃链产生加成异构化反应生成异构烷烃而被吸收，反应链中断，反应产物被引出反应器，链反应完全终止，反应完全进行完毕。使原油中较低品质的轻组分分子，及原料油的重组分子经催化裂解反应而生成高品质的轻油产物分子的油气混合。
所述催化裂解反应的反应条件较为缓和，如反应温度较低，较一般炼油催化裂化反应温度低约150度以上，约300～420℃，最好380～410℃；反应空速较低0.067～0.500h-1，最好0.083～0.249h-1(基于原料油进料液相体积空速)，反应时间2～15h，最好6～10h。
所述非临氢催化重整反应的反应其特点是，催化裂解反应产物直接从催化裂解反应器进入非临氢催化重整反应器，使得催化裂解反应产物不需要先行冷凝冷却再加热进入非临氢催化重整反应。而且非临氢催化重整反应过程中没有氢气存在，且非临氢催化重整反应的反应条件缓和，如反应温度250～400℃，最好300～360℃；反应空速0.20～0.80h-1，最好0.37～0.55h-1(基于原料油进料液相体积空速)，反应时间1.25～5.00h，最好1.82～2.70h。
本发明同时还提供了一种石油催化加工装置，包括：原料油泵、加热脱水除杂系统1、换热系统1a、外辐射式高温热风炉2、催化裂解反应器3、非临氢催化重整反应器4、重油井5、分馏系统6、油品精制系统12；原料油泵通过管线依次与加热脱水除杂系统1、换热系统1a、催化裂解反应器3、非临氢催化重整反应器4、分馏系统6和油品精制系统12相连；其中，催化裂解反应器3通过转油线直接与非临氢催化重整反应器4相连，在催化裂解反应器3下面中部设置有外辐射式高温热风炉2，催化裂解反应器3釜底设置了一个重油井5。
本发明的工艺特点如下：
1、本发明提供的催化裂解反应器其特点是一台全混式羰离子型反应器。强力的搅拌器，保证了反应物分子与碳离子型液相型催化剂微粒充分地混合接触，该链反应按2n次幂速度迅速地进行着碳离子型的催化裂解反应。所述全混式催化裂解反应器的特点还在于反应器底部装有反应渣油液位的温位式液位自动控制器，从而可以利用反应物液位高度，即反应物在反应器内的停留时间控制反应深度和反应空速。
2、本发明提供的非临氢催化重整反应器其特点是一台活塞式流动态轴向固定床反应器，即其流动和反应基本上都是轴向的，而基本无径向流动和反应。这就基本避免了已重整好的产物分子进行二次反应而影响产品质量。
3、本发明提供的裂解重整分馏联合装置紧密相连从而保证催化裂解、催化重整，及产品分馏三过程紧密地连续相继进行，这就省去了两套冷凝冷却-加热装置：一套是一般炼油装置裂解反应产物先行冷凝冷却，然后加热去重整；二套是重整产物先冷凝冷却，然后去加热分馏。具有节能减排的功效。
4、本发明提供的裂解反应器的加热炉其特点是一台设置在裂解反应器之下靠近中部的外辐射式高温热风炉，并在裂解反应器周围设置了外夹套热风炉，外夹套热风炉的夹套环形炉膛还设置了螺旋式导烟片。所述外辐射式高温热风炉与外夹套热风炉前后紧密相连，前者炉膛的高温烟气直通至后者的夹套环形炉膛，这一特殊炉型结构不仅就回收了前者炉膛的高温烟气热量，而且保证了裂解反应器的热量需求。
5、本发明提供的微型或小型处理量的石油催化加工方法，通过采用技术先进的全混式催化裂解-活塞式流动态非临氢催化重整联合工艺技术，完成石油的催化加工过程；该加工技术能适应年处理量几千到数十万吨级微型或小型处理量的原油或各种废油加工过程，并且在达到节能降耗目的的同时，还能提高轻质油品收率，操作简单，生产成本较低。
附图说明
图1为本发明的原料油催化加工工艺流程图；
图中编号说明：1a-换热系统,1b-含水杂缅甸原油，1c-蒸汽加热，1d-水和杂质，1-加热脱水系统，2-外辐射式高温热风炉，2a-外夹套热风炉，2b-辅助燃料系统,2c-导烟螺旋叶，3-催化裂解反应器，3a裂解催化剂油浆，4-非临氢催化重整反应器，4a-搅拌器,5-重油井，5a-反应液位自动控制器，6-分馏塔，6a-轻柴油，6b-重柴油，6c-冷凝冷却器，6sp-1-汽提塔，7-气体汽油分离器，8-真空系统，8a-空气预热器，8b-引风机，9-气体压缩分离系统，9a-一级压缩机,9b-二级压缩机,9c-凝析油，10-LPG/干气分离器，10a-干气，11-自力式压力调节阀，12-油品精制系统，13-烟囱，14-火炬,15-烟气脱黑除尘塔
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围包括但不限于此：
如图1所示，含水及杂质缅甸原油首先泵送去加热脱水系统1，进行热沉降脱水、沉降除杂质过程。将脱水除杂处理的原油泵送至换热系统1a与分馏塔6抽出的热产品进行换热，然后泵入催化裂解反应器3，同时按比例将裂解催化剂油浆3a也泵入催化裂解反应器3。在催化裂解反应器3的下面中部位置设有外辐射式高温热风炉2。在催化裂解反应器3外围设置外夹套热风炉2a，其与外辐射式高温热风炉2相连，高温热风炉2的高温烟气流经夹套炉2a。在催化裂解反应器3的顶部中央设置非临氢催化重整反应器4，形成同轴排列的全混式催化裂解--活塞式流动态非临氢催化重整联合反应器。催化裂解反应器3釜底设置了一个重油井5，减粘重油通过重油井5排出催化裂解反应器3，减粘重油先送去原油换热系统1a，再送冷却器进行冷却后送罐区，然后定期出装置。从非临氢催化重整反应4顶部设置一条的转油线与分馏塔6下部汽化段相连。分馏塔6自下而上设置有两条侧线抽出口，即重柴油馏分6b、轻柴油馏分6a液相抽出口，它们经与原油换热和冷却后存入中间罐。分馏塔6的塔顶还设置气相转油线，引出呈气相汽油和裂解气混合物首先去与原油的换热系统1a换热，再送冷凝冷却器6c冷凝冷却，再进入气体汽油分离器7。气体汽油分离器7器底设置有汽油馏分引出线，其一部分泵回分馏塔6顶部所设置的塔顶回流口，作为塔顶回流。另一部分汽油馏分成为中间产品，送罐区调合为成品汽油后出厂。气体汽油分离器7顶部设置了一条气相转油线，与真空系统8相连，将裂解气引入真空系统8。从真空系统8引出的裂解气混合物通过管道首先进入一级压缩机9a，经压缩冷凝分离出凝析油9c，通过管道送至气体汽油分离器7回收。除去凝析油9c后的一级压缩机出口的裂解气混合物，然后进入二级压缩机9b，经二级压缩冷凝后进入LPG(液化石油气)/干气分离器10，其底部即分离出LPG液体，送罐区，成为LPG商品出厂。从LPG/干气分离器10顶部引出的即为干气10a(甲烷乙烷乙烯混合物)，进入罐区干气储罐，然后自压送至外辐射式高温热风炉2作为本装置干气燃料10a。LPG/干气分离器10顶部出口管线设置了一台自力式压力调节阀11，调节阀11出口通过管线与火炬14相连。当反应系统产生的干气流量即压力过剩时，自力式压力调节阀11自动开启，将多余的干气放空至火炬14。外辐射式高温热风炉2顶部与裂解反应器3外围的外夹套热风炉2a相连，高温热风炉2的高温烟气流经夹套炉2a。夹套炉2a出口通过烟气管道与空气预热器8a相连，空气预热器8a出口通过烟气管道与烟气脱黑除尘塔12相连。除尘塔15顶部出口与引风机8b相连。引风机8b出口与烟囱13下部相连。
并且，石油催化加工方法可细分为如下八个加工步骤，按下列程序启动：1.公用工程系统；2.加热脱水及换热系统；3.加热-催化裂解反应；4.非临氢催化重整反应；5.产物分馏；6.真空抽吸；7.裂解气压缩分离；8.油品精制；等八个步骤，具体实施步骤分述如下：
第一步.启动公用工程系统
首先启动烟气系统：先启动引风机8b，令从外辐射式高温热风炉2炉入口进风，流经外夹套热风炉2a、空气预热器8a、烟气脱黑除尘塔15、被引风机8b抽出，引致烟囱13放空。接着启动新鲜水系统，令供水系统、循环水池做好供水制备。然后启动循环水系统，令分馏塔从上到下的汽油冷凝冷却器、轻柴油(侧一线)冷却器、重柴油(侧二线)冷却器、减粘重油冷却器、一级压缩冷凝冷却器、二级压缩机冷凝冷却器开始冷却水循环，迎接即将来临的各种油气流。
开启如下的油气通路：令从催化裂解反应器3、非临氢催化重整反应4、转油线、分馏塔6、汽油冷凝冷却器油气管路、气体汽油分离器7、真空系统8走副线、一级压缩机9a走副线、二级压缩机9b走副线、LPG/干气分离器10、自力式压力调节阀11走副线直接通往火炬14。令所述上述气路畅通无阻，而所有系统的所有阀门一律全部关上。
启动制氮空压系统，向系统提供额定纯度的氮气。启动氮气吹扫系统，从催化裂解反应器3的氮气/蒸汽吹扫口通入氮气，通过开启油气通路进行氮气吹扫，为催化裂解反应器3进油做好最后安全准备。系统其它所有阀门必须随着裂解重整油流的到来，达到出油温度后逐一打开。
第二步.启动原油加热脱水除杂及换热
首先，约含5～10％水和杂物的原油进入原油加热脱水系统1，利用锅炉蒸汽在原油加热脱水池中将原油加热在60～80℃下，利用热沉降原理脱水除杂，脱除3～10％的水，及微量泥浆杂质。然后脱水原油进入换热系统1a，与从分馏塔馏出的高温油产品(汽油、轻、重柴油、减粘重油)进行热交换，回收产品热量。所放出的热量，同时将原油预热至约100～150℃。并将该经脱水除杂换热后的原油从换热系统1a送至该系统内的热油中间罐。然后将换热后的产品(汽油、轻、重柴油、减粘重油)，送至各自的冷凝冷却器或冷却器，冷却至40℃以下分别泵送至罐区，经调合后成品出厂。
第三步.启动加热-催化裂解反应
将经脱水除杂换热后(刚开工时还没有热油流，由蒸汽加热至80℃左右原油只是流过换热器)的原油从热油中间罐用泵缓缓打入催化裂解反应器3。同时启动裂解催化剂油浆调制系统3a，然后按比例向催化裂解反应器3加入裂解催化剂油浆3a。启动搅拌器4a。
启动外辐射式高温热风炉2:先启动辅助燃料系统2b，再点热风炉2,热风炉2的高温烟气流经外夹套热风炉2a，热风炉2和外夹套热风炉2a同时向催化裂解反应器3供热，令其反应温度达到额定反应温度。约360±30℃下，反应空速0.166±0.083h-1(体积空速)，反应时间8±4h，进行催化裂解反应。
此时原油中较轻组分因加热而蒸发呈气相，而原油中的较大分子量的重组分油分子，则在羰离子型液相裂解催化剂作用下以羰离子型链反应历程被裂解为较小分子量的较高品质的轻质燃油分子，如汽油馏分、柴油馏分、LPG(液化石油气)和干气等，形成了呈气相的催化裂解产物及汽化不了的减粘重油产物。
第四步.启动非临氢催化重整反应
呈气相的催化裂解反应产物混合物随即进入非临氢催化重整反应器4，通过非临氢催化重整反应催化剂床层，在反应空速0.4592±0.0918h-1(体积空速)，反应时间2.18±0.436h条件下进行非临氢催化重整反应，形成了裂解重整气相产物混合物。而蒸发不了的减粘重油馏分呈液相沉入催化裂解反应器3釜底，通过重油井5排出催化裂解反应器3，先送去与原油换热系统，再进行冷却后送罐区，然后定期出装置。
第五步.启动产物分馏
非临氢催化重整反应器4产生的裂解重整气相产物混合物，通过其顶部的转油线高速流入分馏塔6下部汽化段，由塔底到塔顶被分馏为重柴油馏分、轻柴油馏分、汽油馏分及裂解气混合物。
所述轻柴油，当一侧线集油箱温度达到轻柴油泡点温度时(约220±20℃)控制阀即自动打开，开始抽出轻柴油。先进入汽提塔6sp-1汽提后，经与原油换热和冷却后存入中间罐。
所述重柴油，当二侧线集油箱温度达到重柴油泡点温度时(约270±10℃)控制阀即自动打开，开始抽出重柴油。经与原油换热和冷却后存入中间罐。
启动产品质量分析-控制系统，根据分馏塔各馏出口采样分析，如果汽油馏分、轻柴油馏分质量已基本达标，即可送罐区调合为成品油后出厂。减粘重油(本装置经裂解产生的其凝点均在0℃以下)只做分析，质量不用控制。
如果有的产品某些时候出现不合格，则立即调节塔顶回流、侧线操作温度、轻柴汽提等进行调节。或者通过馏分调合、添加添加剂等措施，令产品达标。
从分馏塔6塔顶引出呈气相的汽油和裂解气混合物首先去与原油的换热系统，再送冷凝冷却器冷凝冷却，再进入气体汽油分离器7。汽油馏分即呈液相从气体汽油分离器7器底引出，其一部分泵回分馏塔6顶部，作为塔顶回流，藉此控制塔顶温度，从而控制汽油产品质量。另一部分汽油馏分成为产品，送精制系统12精制后或直接送罐区调合为成品后出厂。
第六步.真空系统抽成微负压
从气体汽油分离器7顶部引出的是裂解气混合物，首先进入真空系统8，抽吸至稍低于大气压的微负压状态，从而使整个系统，包括气体油气分离器8、分馏塔6及其侧线油抽出系统设备、非临氢催化重整反应器4、催化裂解反应器3等全部系统处于微负压状态。
第七步.启动压缩分离系统
从真空系统8引出的裂解气混合物首先进入一级压缩机9a，经压缩冷凝分离出凝析油9c，送至气体汽油分离器7回收。除去凝析油9c后的裂解气混合物，然后进入二级压缩机9b，经压缩冷凝后进入LPG(液化石油气)/干气分离器10，底部即产出LPG液体，送罐区，成为LPG商品出厂，LPG系压缩成液体的丙烷丙烯丁烷丁烯的各种异构体的混合物。从LPG/干气分离器10顶部引出的即为干气(甲烷乙烷乙烯混合物)，进入干气储罐，作为本装置外辐射式高温热风炉2的燃料，由于其产率达到6％左右，已完全足够提供本装置全部热量的需求。
当干气产量某些时候可能大于炉子需求量时，分离器10压力超过炉子燃烧器供气压力时，将会通过自力式压力调节阀11，自动排放至火炬14，令全装置供气系统安全无误地操作运行。
第八步.产品精制
如果汽油馏分或轻柴油馏分质量还不能达标，则送产品精制系统12，加入适量的吸附脱色剂、萃取剂或加氢处理催化剂，在吸附床层，萃取反应器或加氢处理反应器中，进行吸附脱色，或萃取精制即可完全达标，再送罐区调合为成品油出厂。
以上所述仅为本发明的优先实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种石油催化加工方法，其特征在于：它包括如下步骤，先将含水及杂质的原油或废油进行热沉降脱水除杂质，然后与分馏塔抽出的热产品进行换热，然后泵入催化裂解反应器，同时按比例将裂解催化剂油浆泵入催化裂解反应器进行催化裂解反应；其次将裂解产物直接送入非临氢催化重整反应器进行非临氢催化重整反应，然后将非临氢催化重整反应产物直接引入分馏塔进行产物分馏；塔侧线从上到下抽出轻柴油馏分、重柴油馏分、塔底裂解重油，塔顶引出汽油蒸汽和裂解气，经冷凝冷却在油气分离罐分离，罐底出汽油产品，罐顶引出裂解气去真空系统，造成全系统的微负压操作；裂解气再去一级压缩系统脱除凝析油，再去二级压缩系统，回收液化石油气产品，分出的含有甲烷乙烷乙烯的干气，储存或者作为石油催化加工装置热风炉的燃料；所述催化裂解反应的反应条件缓和，其反应温度为300～420℃，其体积空速为0.067～0.500 h-1，其反应时间为2～15h；所述非临氢催化重整反应的反应条件缓和，其反应温度为250～400℃，其体积空速为0.20～0.80h-1，其反应时间为1.25～5.00h。
2.根据权利要求1所述的石油催化加工方法，其特征在于：所述石油催化加工方法采用全混式催化裂解-活塞式流动态非临氢催化重整联合工艺技术，完成石油的催化加工过程；该工艺技术可适应年处理量几千到数十万吨级微型或小型处理量的原油或各种废油加工过程。
3.根据权利要求2所述的石油催化加工方法，其特征在于：所述催化裂解反应器是全混式催化裂解反应器，所述全混式催化裂解反应器内所进行的液相催化裂解反应是在剧烈搅拌的条件下，使原料油分子与催化剂微粒充分接触，使得原油中的较大分子量的重组分油分子裂解为较小分子量的较高品质的轻质燃油分子；所述催化裂解反应是按照羰离子型的链反应机理进行的，其由高能质子酸的产生、羰离子链的产生、羰离子链的发展以及反应链的吸收与中断四个步骤完成。
4.根据权利要求1至3任一项所述的石油催化加工方法，其特征在于：所述非临氢催化重整反应器是活塞式流动态非临氢催化重整器，所述催化裂解反应产物直接从全混式催化裂解反应器进入活塞式流动态非临氢催化重整器，使得催化裂解反应的产物在不需要预先进行冷凝冷却、再加热，直接送入没有氢气存在的条件下发生非临氢催化重整反应过程。
5.一种石油催化加工装置，其特征在于：它包括原料油泵、加热脱水除杂系统、换热系统、外辐射式高温热风炉、催化裂解反应器、非临氢催化重整反应器、重油井、分馏塔、油品精制系统；原料油泵通过管线依次与加热脱水除杂系统、换热系统、催化裂解反应器、非临氢催化重整反应器、分馏塔和油品精制系统相连；其中，催化裂解反应器通过转油线直接与非临氢催化重整反应器相连，在催化裂解反应器下面中部设置有外辐射式高温热风炉，催化裂解反应器釜底设置了一个重油井。
6.根据权利要求5所述的石油催化加工装置，其特征在于：所述催化裂解反应器和非临氢催化重整反应器两设备立式重叠同轴排列，形成了同轴型的裂解重整联合反应装置；裂解重整反应产物的分馏塔直接与同轴型的裂解重整联合反应装置通过一条粗大的转油线相连，所述分馏塔的轴线与同轴型的裂解重整联合反应装置的轴线相平行。
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