CN114981388A

CN114981388A - 用于延迟焦化装置的去瓶颈解决方案

Info

Publication number: CN114981388A
Application number: CN202080092682.7A
Authority: CN
Inventors: S·萨克塞纳; Y·美卡拉
Original assignee: Kellogg Brown and Root LLC
Current assignee: Kellogg Brown and Root LLC
Priority date: 2020-01-13
Filing date: 2020-01-13
Publication date: 2022-08-30
Also published as: CA3164513A1; EP4090717A4; US20230220285A1; WO2021145853A1; EP4090717A1

Abstract

本发明涉及用于延迟焦化装置的去瓶颈解决方案。更具体地，本发明涉及通过脱沥青装置输送到焦化装置的减压渣油的塔底产物，以避免当原油板岩存在变化时，为了加工较重的原料而改造现有的焦化装置。本发明的另一目的具体地涉及改善的延迟焦化产品，在石油炼油厂中用于裂解石油残渣的方法，从而将其转化为气态和液态产品物流并留下固态碳质石油焦炭。

Description

用于延迟焦化装置的去瓶颈解决方案

技术领域

本发明涉及用于延迟焦化装置的去瓶颈解决方案。更具体地，本发明涉及通过脱沥青装置输送到焦化装置的减压渣油的塔底产物，以避免当原油板岩存在变化时，为了加工较重的原料而改造现有的焦化装置。

发明背景

世界各地的许多炼油厂正在扩大现有产能以满足它们的产品需求并改善盈利能力。由于可用性和价格，一些炼油厂倾向于将原油板岩从轻质原油改变为重质原油。扩大炼油厂产能和/或改变原油板岩需要对炼油厂的现有装置进行改造。需要对这些变化进行昂贵改造的炼油厂装置之一是延迟焦化装置(DCU)，其通常称为焦化装置。否则需要处理重质渣油，即通过去除沥青和重金属处理重质渣油。

溶剂脱沥青(SDA)是将重质烃油分离成两相的方法，该两相为包含经常称为沥青质类型材料的相对低的氢碳比物质的沥青相，以及包含经常称为脱沥青油(DAO)的相对高的氢碳比的石蜡类型材料物质的脱沥青油相。溶剂区分高碳氢沥青质类型和低碳氢链烷烃类型材料的能力称为选择性。

使用溶剂去除诸如沥青质、金属和硫成分的污染物的重质残余烃油的溶剂脱沥青长期以来一直是石油精炼工业中的标准加工实践。在原油价格高的时代，炼油厂更愿意加工更便宜的重质原油。重质原油产生的残渣可以通过溶剂脱沥青方法进行提质，以生产用于二次加工的DAO。

残渣的溶剂脱沥青主要用于(润滑油基础油)LOBS生产。然而，该方法也用于生产更多用于二级转化工艺如流化催化裂化(FCC)和加氢裂化的原料，以提质桶底物并改善馏出物收率。传统上，丙烷脱沥青主要用于生产LOBS原料，而稍微较重的链烷烃溶剂则用于生产用于转化工艺的原料。丙烷脱沥青产生适合于LOBS生产的高质量DAO，但DAO收率有限，而使用较重的溶剂，例如C5烃，导致以质量为代价提高DAO收率。因此，用于脱沥青的溶剂的选择是基于DAO收率的要求和导致两个不同处理装置的要求的污染物的排除水平做出的。

使用轻质烃以提质重质烃油是许多专利例如US4502944、US4747936、US4191639、US3975396、US3627675和US2729589的主题。US4191639中报道了丙烷、CO2、H2S的混合物的使用，并且还报道了相同质量的DAO收率的增加。

延迟焦化是石油炼油厂中用于裂解石油残渣的方法，从而将其转化为气态和液态产物物流并留下固态碳质石油焦炭。延迟焦化装置中低价值石油焦炭的过量产生导致焦炭处理的问题，并且也降低了盈利能力。为了改善重质残渣原料的转化率，现有技术中已采用了延迟焦化和溶剂脱沥青方法相结合的不同方法配置。

第3617481号美国专利公开了脱沥青-焦化-加氢处理方法的组合。残渣进料首先在脱沥青提取器中脱沥青，然后通过直接输送到焦化反应器将沥青焦化以获得残余焦炭。含金属的焦炭在气化器中在蒸气存在下气化，所述活性焦炭用于加氢处理。

第6673234号美国专利描述了低程度溶剂沥青化和延迟焦化方法的组合。在第一步中，采用低程度溶剂脱沥青去除残渣原料中的重质沥青质部分，其中脱沥青油的收率范围为残渣原料的70至95重量％。在第二步中，将与残渣原料相比含有较少沥青质的脱沥青油连同任选的残渣进料一起进料至该方法的延迟焦化段。该方法的主要目标是从残渣原料中生产优质石油焦炭。

第9296959号美国专利描述了溶剂脱沥青与渣油加氢处理和延迟焦化的整合。该方法的第一步包括对残渣原料进行溶剂脱沥青以获得三种馏分，即脱沥青油、树脂和沥青。使树脂蒸气经受加氢处理，其中产生和回收较轻的烃。加氢处理的树脂和沥青组合在一起并被送至延迟焦化段。在一个实施方案中，加氢处理的树脂物流在被送至延迟焦化段之前进一步经受溶剂萃取以回收较轻的材料。

第2017/0029720号美国专利申请描述了增强的溶剂脱沥青延迟焦化整合方法，其中脱沥青油被输送至延迟焦化装置进行焦化。在一个实施方案中，溶剂脱沥青在用于去除多核芳烃、硫和氮化合物的吸附材料的存在下进行。

可以看出，本领域已经描述了不同的方案，其中溶剂脱沥青和延迟焦化方法的组合。但是，这些方案中的任何一个都没有教导如何在不影响其他装置的情况下，随着原油板岩的变化保持焦化装置的进料限制。在减压残渣脱沥青后的沥青直接被输送至延迟焦化分馏塔塔底的情况下，循环馏分将与沥青混合。当该具有循环馏分的沥青在焦炭鼓(drum)中经受延迟焦化时，产品收率模式在更高的焦炭收率方面劣化。在分馏塔以零循环操作的情况下，其中避免了来自进入焦化装置的产品蒸气的重质材料的冷凝，较重质产品如重质焦化瓦斯油(HCGO)和焦化燃料油(CFO)的质量在增加的密度、CCR和沥青质含量方面劣化，影响下游装置操作，如加氢裂化装置的操作。鉴于此，有利的是具有一种方法方案，其中在改变原油板岩的同时不损害HCGO和CFO的质量。

发明目的

本发明的主要目的是提供改善的延迟焦化装置(DCU)的功能，以避免在原油板岩(多种原油板岩)发生变化时对现有焦化装置进行改造。

本发明的另一目的，具体而言，涉及改善的延迟焦化产品，在石油炼油厂中用于裂解石油残渣的方法，从而将其转化为气态和液态产品物流并留下固态碳质石油焦炭。

本发明的又一目的是提供溶剂脱沥青方法，其中将诸如还原原油或减压残渣的残渣原料与较轻的溶剂混合以从原料中去除富含沥青质的相，这有助于从延迟焦化装置中提供富含沥青质的产品。

发明概述

提供该概述以以简化形式介绍构思的选择，这些构思在本发明的详细描述中进一步描述。该概述不意图标识所要求保护的主题的关键或基本发明构思，也不意图确定所要求保护的主题的范围。

本发明涉及改善的延迟焦化装置(DCU)的功能，并且还避免通过通常称为溶剂脱沥青(SDA)技术的渣油超临界萃取

方法对现有焦化装置进行改造。

减压残渣(VR)或它的部分通过ROSE装置输送至DCU。这提供了将进料保持在延迟焦化装置的现有进料的限制内。因此，对现有DCU的设计没有影响，使得不需要对现有方法进行任何改造。因此，本发明的方法导致减少投资以实现相同的目的。

由ROSE装置生产的沥青可以在KBR许可固化方法(AiMS)中以薄片(固体燃料)的形式固化。如此生产的薄片具有与石油焦炭相似的特性，并且其可在CFBC锅炉和水泥(cement)工业中用作石油焦炭的替代品。

本方法及其产品与直接输送至焦化装置的高污染物的VR塔底产物相比提供了经济效益。

附图简述

本发明的前述方面和其他特征将结合附图在以下描述中进行解释，其中：

图1现有焦化装置的操作。

图2现有焦化装置在新进料速率和CCR下的操作。

图3呈现使用ROSE技术的方法方案。

设备描述

101：减压蒸馏塔

102：焦化分馏塔

103：焦化炉

104/105：焦炭鼓

201：减压蒸馏塔

202：焦化分馏塔

203：焦化炉

204/205：焦炭鼓

301：减压蒸馏塔

302：焦化分馏塔

303：焦化炉

304/305：焦炭鼓

306：沥青质分离器

307：DAO分离器

308：DAO汽提塔

309：沥青质汽提塔

310：溶剂平衡筒

311：KBR许可的固化方法

本发明的图1表示现有焦化装置的操作，其中VR塔底产物作为焦化装置的进料接收，其中所提到的缺点是当原油板岩变化时，焦化装置的性能达不到标准。

本发明的图2表示现有焦化装置在新进料速率和CCR下的操作，在这种情况下，焦化装置需要改造以应对新的操作方案。

本发明的图3描述新的方法方案VR塔底产物通过脱沥青装置输送至焦化装置，作为消除焦化改造需要的去瓶颈的解决方案。

详述

首先应该理解，尽管下面说明了本公开内容的实施方案的说明性实施方式，但是本发明可以使用任何数量的技术实施，无论是当前已知的还是现有的。本公开内容不应以任何方式限制于下面说明的说明性实施方式和技术，而是可以在所附权利要求的范围内连同它们的全部等效物范围进行修改。

本文使用的术语和结构用于描述、教导和阐明一些实施方案及它们的具体特征和要素，而不是限制、约束或缩小权利要求或它们的等效物的范围。

在整个说明书中对“一个方面”、“另一个方面”或类似语言的引用意味着结合实施方案描述的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在整个说明书中出现的短语“在一个实施方案中”、“在另一个实施方案中”和类似语言可以但不一定都指代相同的实施方案。

除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。本文提供的系统、方法和示例仅是说明性的而不是限制性的。下面参照附图对本发明实施方案进行详细说明。

本文阐述的任何具体和所有细节都在一些实施方案的上下文中使用，因此不应必然被视为对所附权利要求的限制因素。所附权利要求及它们的法律等效物可以在除了在以下描述中用作说明性示例的实施方案之外的实施方案的上下文中实现。

在本发明中，VR塔底产物或它的部分通过ROSE装置输送至DCU，所述方法包括将减压渣油塔底产物引至含有溶剂的ROSE装置，主要是含有脱沥青油和溶剂的链烷烃物流；具有含有沥青馏分的沥青物流的ROSE塔底产物，其通过使用KBR许可的固化方法(AiMS)进行加工或处理。由AiMS生产的薄片具有与石油焦炭相似的性质，并且其在CFBC锅炉和水泥工业中用作石油焦炭的替代品。脱沥青油被输送至焦化装置，该焦化装置在现有焦化装置的液压和质量限制范围内。将脱沥青物流通入DAO汽提塔以获得DAO物流和残余溶剂；将炉中的DAO物流加热至焦化温度以获得热物流；将热脱沥青物流转移到多个焦炭鼓之一，在在那里其经历热裂化反应以获得烃蒸气和焦炭。来自焦化装置中焦炭鼓的烃蒸气被输送至分馏塔以获得产品馏分。

进料选自减压残渣、常压残渣、来自渣油加氢裂化器的裂化减压残渣、蜡油(废油)或烃共混物，来自焦化炉的烃蒸气是脱沥青油并且来自焦化装置的产品馏分是选自LPG、石脑油、煤油、轻质焦化瓦斯油、重质焦化瓦斯油和焦化燃料油和石油焦炭的废气。

溶剂脱沥青(SDA)是将重质烃油分离成两相的方法，该两相为包含经常称为沥青质类型材料的相对低的氢碳比物质的沥青相，以及包含经常称为脱沥青油(DAO)的相对高的氢碳比的石蜡类型材料物质的脱沥青油相。烃对类似的烃具有亲和力。所用的C3至C6链烷烃溶剂对存在于减压残渣中的链烷烃材料具有高亲和力。

该方案考虑了用于加工含有19重量％CCR的VR进料的标称设计容量为1.8MMTPA的现有DCU(焦化装置)。作为标称设计实践，假设焦化装置的设计考虑了10％的液压裕度，并且其仍然可以使用。该炼油厂有两套计划-(1)加工更重质的原油(2)增加原油加工容量，使得VR率提高30％。新的VR进料的CCR为24.7重量％。这种容量的增加和高CCR超出焦化装置的设计限制，需要昂贵的改造。高CCR对焦化炉运行长度有直接影响，需要对炉子、焦炭鼓和其他相关设备进行重大改造。

表1：现有焦化装置的设计信息

与现有焦化装置组合的ROSE装置消除了对昂贵的焦化装置改造的需要。独立建造ROSE装置并在较短的停工时间内与现有系统整合，而焦化装置改造将需要更长的工厂停工时间以实施导致生产损失的变更。另外，本发明KBR方案的主要优点是在所需投资方面的成本节约，即低成本SDA对高投资焦化装置改造。

ROSE方案分析

在这种情况下，ROSE装置是一种高升程DAO设计，其起到用于减压残渣物流的处理器的作用，并有助于排除沥青中的CCR，该沥青固化并用作石油焦炭(固体燃料)的替代品。如此生产的DAO的CCR低于新进料，也低于原始VR原料。将一小部分高CCR原料添加至DAO物流中以达到CCR的允许限值(即19％)。在这种情况下，焦化装置的最终进料速率略高于原始进料速率，但在考虑10％的可用过度设计后仍处于液压设计限制范围内。通过实施该方案，由于CCR和进料速率均保持在设计限制范围内，因此无需昂贵的焦化装置改造。

图1：现有焦化装置操作(现有情况)

图2：用于需要改造的更高进料速率和高CCR的焦化装置操作(基本情况)

本发明的最佳方式

本发明的一个实施方案包括将KBR许可的ROSE装置与现有焦化装置组合的方法，使得现有焦化装置不需要通过在焦化装置中加工从ROSE装置生产的脱沥青油进行任何改造。

用下面的实施例解释本发明。

1.现有延迟焦化装置，其设计用于加工具有CCR为19重量％的减压残渣，标称容量为1.8MMTPA，如图1所示。假设另外10％的液压设计容量可供利用。

2.目前原油加工能力增加，使得减压残渣增加30％，并且原油板岩改变，使得减压残渣CCR从19.0重量％增加到24.7重量％。

3.现有焦化装置无法加工新的减压残渣进料，因为CCR和进料速率超出设计范围，因此需要进行改造，改造昂贵并且实施时间较长。具有改造要求的配置如图2所示。

4.本发明提出了与现有焦化装置相结合的KBR许可的ROSE装置，以消除对昂贵改造的需要。所提出的方案的排列如下详述并且如图3所示。

2.3具有24.7重量％CCR的减压残渣的MMTPA可供加工。一部分(1.8MMTPA)减压残渣输送至ROSE装置，而不是直接输送至焦化装置。

根据所加工的原油，减压残渣一般含有15％至30％的沥青质。这留下70％到85％的减压残渣作为潜在的可回收DAO。DAO和沥青质将在ROSE SDA装置中分离。ROSE装置使用轻质烃溶剂以从减压残渣中提取DAO。

来自ROSE装置的DAO收率为约80重量％，DAO CCR为16.8重量％。

来自ROSE装置的DAO通过与剩余的0.5MMTPA可用减压残渣混合被输送至现有的焦化装置。焦化装置入口处的合并流速为2.0MMTPA，合并进料中的CCR为19重量％。

具有该配置的焦化装置的组合进料在现有焦化装置的设计限制内；因此，不需要昂贵的改造。

使用提出的配置，ROSE装置可以独立建造，并可在短的停工时间内与现有系统整合，而焦化改造将需要更长的工厂停工时间以实施导致生产损失的变更。

ROSE装置生产的沥青可以在KBR许可的固化方法(AiMS)中以薄片(固体燃料)的形式固化。由此生产的薄片具有与石油焦炭相似的性质，可在CFBC锅炉中用作石油焦炭的替代品，并可用于水泥工业。

在整个权利要求中使用的词“包括(comprising)”和“包括(comprises)”应分别解释为指代“包括(including)但不限于”和“包括(includes)但不限于”。

如本文所用，“基本上”一词应指“大体上是但不完全是所指定的”。

如本文所使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”意图也包括复数形式，除非上下文明确以其他方式指出。

如本文所使用的，术语“约”在提及给定参数时包括所述值，并具有由上下文确定的含义(例如，它包括与给定参数的测量相关的误差程度)。

如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

Claims

1.一种用于从不同的原油板岩生产延迟焦化装置的富原料的方法，所述方法包括：

在粗原油的物理和化学处理后，将原料引至原油蒸馏装置；

将原油蒸馏装置的塔底产物送至减压蒸馏装置，用于进一步提取产品馏分，其中塔底产物作为进料被输送用于进一步提取；

在脱沥青装置中使至少一部分进料与溶剂接触以获得含有沥青质馏分的沥青物流和主要含有脱沥青油和溶剂的链烷烃物流；

将脱沥青油物流送至SDA装置中的DAO汽提塔，以获得DAO和残余溶剂；

将脱沥青油物流在炉中加热至焦化温度以获得热物流；

将热物流转移至多个焦化鼓之一，在那里其经历热裂化反应以获得烃蒸气和焦炭；

将由脱沥青油的焦化产生的烃蒸气送至分馏塔，以获得各种产品馏分。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述溶剂选自具有3至6个碳原子的烃及其混合物。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述进料选自减压残渣、常压残渣、来自渣油加氢裂化器的裂化减压残渣、蜡油(废油)或烃共混物。

4.如权利要求1所述的方法，其中来自焦化装置的产品馏分是选自LPG、石脑油、煤油、轻质焦化瓦斯油、重质焦化瓦斯油和焦化燃料油和石油焦炭的废气。

5.如权利要求1所述的方法，其中来自焦化炉的烃蒸气是脱沥青油。