CN1160073A - 具有连续循环气流的两段氢处理反应方法 - Google Patents

具有连续循环气流的两段氢处理反应方法 Download PDF

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Abstract

在并联的反应器中氢处理烃类进料，同时氢气在反应器之间连续流动。将第一烃类进料和富氢循环气体物流加入到第一反应器，在第一反应器中产生了第一反应器流出物物流并被加到第一分离器中，第一分离器将第一反应器的流出物物流分离成第一富氢气体物流和第一氢处理产物物流。将第一富氢气体物流和第二烃类进料加入到第二反应器中，在第二反应器中产生了第二反应器流出物物流并被加到第二分离器中，第二分离器把第二反应器流出物物流分离成第二富氢气体物流和第二氢处理产物物流。将补充氢气物流加入到第二富氢气体中形成富氢循环气体物流，压缩该富氢循环气体物流并加入到第一反应器中。

Description

具有连续循环气流的两段氢处理反应方法
本发明涉及烃类物流的氢处理方法，包括加氢裂化和加氢处理石油炼厂或化工厂中的这种物流。
烃基石油和合成油是由包括原油、油砂、页岩油和液化煤基组合物的各种主要来源得到的。这种油在炼油厂和化工厂中进行加工以除去不需要的组分并化学改变烃基油来生产比天然形成的或被送入加工装置的物流具有更高价值的物流。用于石油炼厂的这两种加工方法是加氢处理和加氢裂化。
加氢处理方法一般是在催化剂存在下使氢与烃基油反应以使有机硫和氮化合物分别转化成硫化氢和氨，硫化氢和氨可相当容易地从烃基油物流中除去。在同一个反应器中同时发生各种其他反应，包括加氢反应。
加氢裂化方法同样是在催化剂存在下进行，但一般在比加氢处理更苛刻的条件下进行。特别是，加氢裂化一般是在比加氢处理更高的压力下进行，并且在其他方面也不同于加氢处理，加氢裂化的目的是将大分子裂化成具有更高价值的较小分子。
在这两种方法中都使用了氢气，因为加工装置是在相当高的压力下操作，所以用于压缩的投资和操作成本较大。已经公开了许多与氢气系统的加工装置的结构有关的发明，通常，这些发明的目的是为了降低投资和操作成本，同时提高加工装置的操作灵活性。
颁发给Baral的US3592757介绍了一种与加氢裂化装置串联操作的加氢精制装置(基本上与加氢处理装置相同)，并且产物馏分加到加氢反应器，粗柴油与补充和循环氢一起加到加氢精制装置，将循环物流和附加的循环氢加到加氢精制装置的产物物流，再将混合物加到加氢裂化装置。冷却加氢裂化装置的产物物流并分离成气态物流和液体物流。将气态物流送入循环氢压缩机以循环至加氢精制装置。液体物流被分馏成顶部、中部和底部物流。底部物流循环至加氢裂化装置，中部物流与来自补充氢压缩机的氢气混合并送入加氢反应器，从加氢反应器同收的氢气在补充氢气压缩机压缩并送入加氢精制装置。
颁发给Haun等人的US5114562介绍了馏分烃类的两段加氢脱硫(基本上相同于加氢处理)和加氢方法。两个分开的反应区串联使用，第一个反应区用于加氢脱硫，第二个反应区用于加氢。进料与循环氢混合并加入到脱硫反应器，用逆流的氢气流从脱硫反应器产物中汽提出硫化氢，从该汽提操作得到的液体产物物流与相当纯净的氢气混合，然后将混合物送入加氢反应区，从加氢反应器回收氢气并将其分开循环到脱硫反应器和加氢反应器。将汽提操作得到的氢气通过分离器，与加到加氢反应器的部分循环氢混合，压缩，通过处理段，然后循环到加氢反应器。这样，烃类进料物流顺序地通过脱硫反应器和加氢反应器，同时对脱硫段提供相对低的氢气压力，对加氢段提供相对高的氢气压力。
颁发给Vauk等人的US5403469介绍了一种生产流化催化裂化装置(FCCU)进料和中间馏分的方法。来自减压塔的分开的进料物流并联地通过加氢裂化装置和加氢处理装置进行加工，在加氢裂化装置中加工相对轻的进料物流，在加氢处理装置中加工相对重的进料物流。循环氢和补充氢的普通来源并联地加入到加氢裂化段和加氢处理段，在普通分离器中将加氢裂化段和加氢处理段的产物物流分离成液体和气体物流，因此，加氢裂化段和加氢处理段在相同的压力下操作。这就要求加氢处理段在高于最佳压力下操作和/或加氢裂化段在低于最佳压力下操作，因为一般情况下，加氢裂化装置是在明显高于加氢处理装置的压力下操作。加入补充氢维持压力，循环氢由普通分离器循环到循环气体压缩机，该压缩机是在将气体并联送入加氢裂化装置和加氢处理装置之前压缩气体。在另一个实施方案中，加氢裂化装置的进料是分馏塔的循环物流，该分馏塔分离来自加氢处理装置和加氢裂化装置的合并产物。
虽然在本领域中已有许多进步，但是仍有对平行氢处理设备配置的需要，在这种设备配置中并联反应器在不同的氢分压下操作，但相对于常规设备配置来说，用于压缩的投资和设备利用成本还是降低了。
在本发明中，在并联的反应器中用连续流过反应器的氢气氢处理烃类进料物流。第一烃类进料，如轻质减压粗柴油，与循环富氢物流一起加到第一反应器，例如加氢裂化装置，第一反应器流出物被分离成第一富氢物流和第一反应器产物物流。第二烃类进料，如重质减压粗柴油，与第一富氢物流一起加到第二反应器，例如加氢处理装置，第二反应器流出物被分离成第二富氢物流和第二反应器产物物流。将补充氢加入到第二富氢物流中，压缩和循环混合的氢气以形成循环氢物流。
一方面，本发明提供了一种具有连续氢气循环的平行氢处理第一和第二烃类进料的方法，该方法包括步骤：在第一催化反应区用富氢循环气体物流氢处理第一烃类进料以形成第一反应器流出物流；分离第一反应器流出物流形成第一富氢气体物流和第一氢处理产物物流；在第二催化反应区在低于第一反应区的氢分压下用第一富氢气体物流氢处理第二烃类进料以形成第二反应器流出物流；分离第二反应器流出物流形成第二富氢气体物流和第二氢处理产物物流；压缩第二富氢气体物流；将补充氢物流加到第二富氢气体物流中以形成用于第一反应区氢处理的富氢循环气体物流。补充氢物流可在压缩步骤之前或之后加到第二富氢气体物流中。
在一个实施方案中，第一烃类进料优选是沸点高于约750°F的减压粗柴油馏分，第二烃类进料优选是沸点低于约950°F的减压粗柴油馏分。
在另一个实施方案中，并联氢处理方法还可包括步骤：在普通分馏塔中分馏第一和第二氢处理产物物流和循环分馏塔产物物流至第一催化反应区。
另一方面，本发明提供了具有连续氢气循环的用于平行氢处理第一和第二烃类进料的氢处理装置。氢处理装置包括：第一和第二烃类进料物流；用循环富氢气体物流氢处理第一烃类进料物流的第一催化反应区；将第一反应区的流出物流分离成第一富氢气体物流和第一氢处理产物物流的第一分离器或一系列分离器；用第一富氢气体物流氢处理第二烃类进料物流的第二催化反应区；将第二反应区的流出物流分离成第二富氢气体物流和第二氢处理产物物流的第二分离器或一系列分离器；用于将补充氢气加入到第二富氢气体物流的补充氢气物流；和用于将第二富氢气体物流压缩到第一反应区作为循环富氢气体物流的压缩机。
在一个实施方案中，氢处理装置优选包括用于产生沸点高于约750°F的重质馏分和沸点低于约950°F的轻质馏分的减压粗柴油分馏塔；用于输送轻质减压粗柴油馏分到第一反应区作为第一烃类进料物流的管线；和用于输送重质减压粗柴油馏分到第二反应区作为第二烃类进料物流的管线。
在另一个实施方案中，氢处理装置优选包括将第一和第二氢处理产物物流接收和分馏成多个分馏产物物流的分馏塔；和将至少一个分馏塔产物物流循环到第一烃类进料物流的管线。
另一方面，本发明提供了一个改善方法，该方法包括在第一和第二各自的反应区中平行氢处理第一和第二烃类进料物流，和分离反应区的流出物形成至少一个氢处理液体产物和富氢循环气体。改进之处包括：分离在分开的第一和第二分离器中的氢处理流出物以形成相应的第一和第二富氢气体物流和第一和第二氢处理液体产物物流；在氢分压低于第一反应区的氢分压的条件下操作第二反应区；将第一分离器的第一富氢气体物流提供给第二反应区以基本满足第二反应区对氢气的需求；和加入补充氢气并压缩来自第二分离器的用于进料的第二富氢气体物流到第一反应区。补充氢气可在压缩机的吸入端或排出端加到第二富氢气体物流中。
在另一个实施方案中，改善的方法优选包括在普通分馏塔中分馏第一和第二氢处理产物物流和循环分馏塔产物物流到第一催化反应区。
在一个实施方案中，第一烃类进料物流优选是沸点高于约750°F的减压粗柴油馏分，第二烃类进料物流优选是沸点低于约950°F的减压粗柴油馏分。
在另一个实施方案中，第一烃类进料物流优选是沸程约为600°F-1100°F的全馏程减压粗柴油，第二烃类进料物流优选是由一个或多个不同的渣油加工方法，如溶剂脱沥青、延迟焦化、减粘、热裂化等方法得到的重质粗柴油。
图1是在第一和第二催化反应器中平行氢处理烃类进料的简化工艺流程图，其中氢气在连续的循环回路中流过第一反应器，然后流过第二反应器，之后，与补充氢一起压缩并循环到第一反应器。
图2是在用于改质常压渣油中平行加氢裂化和加氢处理减压粗柴油物流的简化工艺流程图。
图3是用于加氢处理常压渣油或减压粗柴油物流和加氢裂化由加氢处理装置和加氢裂化装置的产物物流的普通分馏得到的循环物流的简化工艺流程图，该方法主要用于生产中间馏分。
使用连续氢气循环回路的平行氢处理反应器设备配置示于图1-3。本文所用的术语“烃”广义地指任何含有氢和碳的化合物，包括含有大于约90％(重量)(以元素计)氢和碳的液体、气体和气/液混合物流。
参考图1，在平行氢处理方法10中，将第一烃类进料12和富氢循环气体物流14加入到第一催化反应区15，在第一催化反应区15中产生了第一反应器流出物流16并将其加入到第一分离器17，第一分离器17将第一反应器流出物流16分离成气态第一富氢气态物流18和液态第一氢处理产物物流19。
将第一富氢气态物流18和第二烃类进料20加入到第二催化反应区21，在第二催化反应区21中产生了第二反应器流出物流22并将其加入到第二分离器23，第二分离器23将第二反应器流出物流22分离成气态第二富氢气态物流24和液态第二氢处理产物物流26。
在压缩机27中压缩第二富氢气态物流24并加入补充氢气物流28以形成富氢循环气体物流14，富氢循环气体物流14加入到第一催化反应区15，另外，可在压缩机27的吸入端加入到第二富氢气体物流24中以形成富氢循环气体物流14。
第一和第二催化反应区15和21可以是常规用于炼油厂和化工厂中的任何氢处理反应器，例如，加氢处理(包括加氢脱硫和加氢脱氮)、加氢裂化、氢化、异构化、芳烃饱和、脱蜡等反应器。在第一和第二催化反应区15和21中可转化的烃类化合物包括有机硫、有机氮、有机金属化合物、烯烃、芳烃、脂族烃、环脂族烃、炔烃、烷芳基和芳烷基芳烃化合物及其衍生物。如果需要，反应区15和21可包括多个段或床层，并分别具有来自管线14和18的富氢气体段间喷射嘴。
总的显示在图1中的具有连续循环气体流的两段氢处理反应图式具有许多用途和优点。第一催化反应区15和第二催化反应区21在不同的氢分压下操作，因为富氢气体要从较高压力的第一催化反应区15连续地流到较低压力第二催化反应区21。这样对满足烃类进料具有适当的氢分压提供了操作灵活性。
用适当的氢分压来适当地平衡烃类进料可有效地提供氢耗，以产生所需的产物。可以平衡富氢循环气体物流14和第一富氢气体物流18的相对流速，以降低循环气体的流速。
氢气流的连续流动方案降低了压缩机的投资需求，同时降低了压缩机的操作费用。单一的压缩机可提供给第一催化反应区相对高压力和高纯度的氢气，和提供给第二催化反应区相对低压力和低纯度的氢气，而不会使压力通过控制阀而不适当地降低。
为了适应进料，操作条件可变化。最佳条件将取决于进料和所需的产物性质。反应器的关键操作参数包括压力、温度、液时空速以及氢气和烃物流的相对流速。根据图1，第一和第二催化反应区15和21一般在下列条件下操作：50-4000psig；100-1000°F；0.05-25体积/体积-小时；和500-15000标准立方英尺(scf)氢气/桶(bb1)烃类进料。富氢循环气体物流14中的氢气纯度一般大于65％(体积)，第一富氢气体物流18中的氢气纯度一般大于50％(体积)。
参考图2，显示了本发明的一个优选实施方案。在平行的氢处理方法10a中，进料32，例如原油蒸馏的常压渣油加入到减压塔33，在此进料被分馏成轻质减压粗柴油馏分34和重质减压粗柴油馏分36。轻质减压粗柴油馏分34的ASTM95％终馏点(off point)一般低于约950°F，重质减压粗柴油馏分的ASTM5％终馏点一般高于约750°F。
将轻质减压粗柴油馏分34和循环氢气物流38加到加氢裂化装置39以产生加氢裂化装置的流出物流40，物流40加到加氢裂化装置的流出物分离器41，加氢裂化装置的流出物流40被分离成加氢裂化装置的产物物流42和加氢裂化装置的氢气流出物流44，加氢裂化装置的氢气流出物流44与重质减压粗柴油馏分36一起加到加氢处理装置45以产生加氢处理装置的流出物物流46，物流46送入加氢处理装置的流出物分离器47，加氢处理装置的流出物物流46被分离成加氢处理装置的产物物流48和加氢处理装置的氢气流出物流50。补充氢气物流52加到加氢处理装置的氢气流出物流50中并在压缩机53中压缩形成循环氢气物流38以便循环到加氢裂化装置39。可用压力控制器(未画出)加补充氢气物流52。另外，如果补充氢气物流52可在足够高的压力下存在，那么补充氢气可在压缩机53的排出端加入到加氢处理装置的氢气流出物流50中。在每种情况下，可监视循环氢气物流38中的氢气纯度以控制氢分压以及氢气和烃类物流的相对流速。
参考图2，加氢裂化装置39和加氢处理装置45一般在下列条件下操作：200-4000psig；500-900°F；0.05-10体积/体积-小时；和500-15000标准立方英尺氢气/桶烃类进料。循环氢气物流38中的氢气纯度一般大于65％(体积)，加氢裂化装置的氢气流出物流44中的氢气纯度一般大于50％(体积)。
优选的是，加氢裂化装置39在下列条件下操作：700-2500psig；600-850°F；0.1-5体积/体积-小时；和1000-10000标准立方英尺氢气/桶烃类进料，加氢处理装置45在下列条件下操作：300-1500psig；500-800°F；0.1-5体积/体积-小时；和1000-10000标准立方英尺氢气/桶烃类进料。
参考图3，显示了本发明的另一个实施方案。在平行氢处理方法10b中，将循环进料物流56和循环氢气物流58加到加氢裂化装置59以产生加氢裂化装置的流出物流60，物流60加到加氢裂化装置的流出物分离器61中，加氢裂化装置的流出物流60被分离成加氢裂化装置的产物物流62和加氢裂化装置的氢气流出物流64，加氢裂化装置的氢气流出物流64与新鲜的进料物流66，例如原油蒸馏得到的常压渣油或减压粗柴油一起加到加氢处理装置68以产生加氢处理装置的流出物物流70，物流70送入加氢处理装置的流出物分离器71，加氢处理装置的流出物物流70被分离成加氢处理装置的产物物流72和加氢处理装置的氢气流出物流74。补充氢气物流76加到加氢处理装置的氢气流出物流74中并在压缩机78中压缩形成循环氢气物流58以便循环到加氢裂化装置59。另外，如果补充氢气物流76可在足够高的压力下存在，那么补充氢气可在压缩机78的排出端加入到加氢处理装置的氢气流出物流74中。
将加氢处理装置的产物物流72和加氢裂化装置的产物物流62混合加入到分馏塔80中，分馏塔80将该进料分离成至少两个馏分，一个馏分是循环进料物流56，该物流56被加到加氢裂化装置59中，其他馏分可从分馏塔80排出作为产物物流，例如，中间馏分产物物流82，如喷气燃料或柴油燃料，塔底产物物流84可从分馏塔排出。塔底产物物流84一般适合作为流化催化裂化装置的进料，或者也可循环到加氢裂化装置59中进一步裂化。
图3中的加氢裂化装置和加氢处理装置的操作条件与图2中提供的操作条件基本相同。图3中的加工设备配置的优点在于循环设备配置比一次通过加工方法提供更高的中间馏分收率。
实施例
通过计算机模拟在并联反应器中对减压粗柴油进行平行加氢裂化和加氢处理，进行对比研究。第一个设计包括使用并联氢气循环，例如颁发给Vauk等人的US5403469中描述的方法，第二个设计包括使用如本发明图1所示的连续氢气循环。根据在工业上可行的压力下每天加氢裂化15000桶减压粗柴油和每天加氢处理30000桶减压粗柴油进行计算。正如在下表中所看到的那样，在两种设计中，在反应器入口加入的氢油比是相同的。基于本发明的设计实质上产生了较低的总气体循环(100085SCFM对212885SCFM)和较低的压缩费用(3289HP对3923HP)，即使总的压降要求是较高的(425psi对255psi)。基于本发明的设计还对加氢处理反应器产生了较低的反应器设计压力(1275psi对1500psi)，这样就降低了对设备的投资和安装费用，并且还使氢气的消耗降到最低。
研究的结果列于下表中。
                                 表
  并联氢气循环 连续氢气循环(图1)
加氢裂化装置
反应器进料(B/D)     15000     15000
入口气/油比(SCF/BBL)     6000     5325
入口H2/油比(SCF/BBL)     4770     4770
入口总压力(PSIG)     1500     1500
入口分压(PSIA)     1200     1360
加氢处理装置
反应器进料(B/D)     30000     30000
入口气/油比(SCF/BBL)     3600     3670
入口H2/油比(SCF/BBL)     2810     2870
入口总压力(PSIG)     1500     1275
入口分压(PSIA)     1180     1010
循环压缩机
循环比(SCFM)     212885     100085
吸入压力(PSIG)     1275     1105
排出压力(PSIG)     1530     1530
δ压力(PSI)     255     425
压缩马力     3923     3289
本发明通过上面的叙述和实施例得到了说明。按照本发明的观点，各种修改对本领域熟练技术人员来说都是显而易见的。所以，所有的这种修改都将被包括在附加的权利要求的范围和精神中。

Claims (19)

1.一种具有连续氢气循环的平行氢处理第一和第二烃类进料的方法，包括步骤：
在第一催化反应区用富氢循环气体物流氢处理第一烃类进料以形成第一反应器流出物流；
分离第一反应器流出物流形成第一富氢气体物流和第一氢处理产物物流；
在第二催化反应区在低于第一反应区的氢分压下用第一富氢气体物流氢处理第二烃类进料以形成第二反应器流出物流；
分离第二反应器流出物流形成第二富氢气体物流和第二氢处理产物物流；
压缩第二富氢气体物流；和
将补充氢物流加到第二富氢气体物流中以形成用于第一反应区氢处理的富氢循环气体物流。
2.根据权利要求1的方法，其中在第二富氢气体物流被压缩前将补充氢物流加入到第二富氢气体物流中以形成富氢循环气体物流。
3.根据权利要求1的方法，还包括步骤：在普通分馏塔中分馏第一和第二氢处理产物物流并循环分馏塔产物物流至第一催化反应区。
4.根据权利要求1的方法，其中第一烃类进料包括沸点高于约750°F的减压粗柴油馏分，第二烃类进料包括沸点低于约950°F的减压粗柴油馏分。
5.根据权利要求1的方法，其中第一烃类进料包括沸程为约600°F-约1100°F的减压粗柴油馏分，第二烃类进料包括由溶剂脱沥青得到的重质粗柴油馏分。
6.根据权利要求1的方法，其中第一烃类进料包括沸程为约600°F-约1100°F的减压粗柴油馏分，第二烃类进料包括由焦化过程得到的重质粗柴油馏分。
7.根据权利要求1的方法，其中第一烃类进料包括沸程为约600°F-约1100°F的减压粗柴油馏分，第二烃类进料包括由减粘得到的重质粗柴油馏分。
8.根据权利要求1的方法，其中第一烃类进料包括沸程为约600°F-约1100°的减压粗柴油馏分，第二烃类进料包括由热裂化得到的重质粗柴油馏分。
9.一种具有串流氢气循环的平行氢处理第一和第二烃类进料的氢处理装置，包括：
第一和第二烃类进料物流；
用循环富氢气体物流氢处理第一烃类进料物流的第一催化反应区；
将第一反应区的流出物流分离成第一富氢气体物流和第一氢处理产物物流的第一分离器；
用第一富氢气体物流氢处理第二烃类进料物流的第二催化反应区；
将第二反应区的流出物流分离成第二富氢气体物流和第二氢处理产物物流的第二分离器；
用于将补充氢气加入到第二富氢气体物流的补充氢气物流；
用于将第二富氢气体物流压缩到第一反应区作为循环富氢气体物流的压缩机。
10.根据权利要求9的装置，还包括：
用于产生沸点高于约750°F的重质馏分和沸点低于约950°F的轻质馏分的减压粗柴油分馏塔；
用于输送轻质减压粗柴油馏分到第一反应区作为第一烃类进料物流的管线；和
用于输送重质减压粗柴油馏分到第二反应区作为第二烃类进料物流的管线。
11.根据权利要求9的装置，还包括：
将第一和第二氢处理产物物流接收和分馏成多个分馏产物物流的分馏塔；和
将至少一个分馏塔产物物流循环到第一烃类进料物流的管线。
12.在一种包括在第一和第二各自的反应区中平行氢处理第一和第二烃类进料物流和分离反应区的流出物形成至少一个氢处理液体产物和富氢循环气体的方法中，改进之处包括：
分离分开的第一和第二分离器中的氢处理流出物以形成相应的第一和第二富氢气体物流和第一及第二氢处理液体产物物流；
在氢分压低于第一反应区的氢分压的条件下操作第二反应区，
将第一分离器的第一富氢气体物流提供给第二反应区以基本满足第二反应区对氢气的需求；和
加入补充氢气并压缩来自第二分离器的第二富氢气体物流以加到第一反应区。
13.根据权利要求12的方法，其中在补充氢气加入前压缩第二富氢气体物流。
14.根据权利要求12的方法，改进之处还包括：在普通分馏塔中分馏第一和第二氢处理产物物流并循环分馏塔产物物流至第一催化反应区。
15.根据权利要求12的方法，其中第一烃类进料物流包括沸点高于约750°F的减压粗柴油馏分，第二烃类进料物流包括沸点低于约950°F的减压粗柴油馏分。
16.根据权利要求12的方法，其中第一烃类进料包括沸程为约600°F-约1100°F的减压粗柴油馏分，第二烃类进料包括由溶剂脱沥青得到的重质粗柴油馏分。
17.根据权利要求12的方法，其中第一烃类进料包括沸程为约600°F-约1100°F的减压粗柴油馏分，第二烃类进料包括由焦化过程得到的重质粗柴油馏分。
18.根据权利要求12的方法，其中第一烃类进料包括沸程为约600°F-约1100°F的减压粗柴油馏分，第二烃类进料包括由减粘得到的重质粗柴油馏分。
19.根据权利要求12的方法，其中第一烃类进料包括沸程为约600°F-约1100°F的减压粗柴油馏分，第二烃类进料包括由热裂化得到的重质粗柴油馏分。
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