DE3540897A1 - Verfahren zum gleichzeitigen verarbeiten von straight-run-vakuumresid und gecracktem residuum - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Aufbereitung bzw. Veredelung von Kohlenwasserstoffresiduumströmen, insbe­ sondere ein Verfahren zum gleichzeitigen Verarbeiten von Straight-Run- bzw. Destillationsvakuumresid (straight run vacuum resid) mit einem gecrackten bzw. Crack- Residuum (cracked residuum).

Die Aufbereitung von Kohlenwasserstoffresidua stellt ein Verarbeitungsproblem sowohl bei üblichen Petroleum- bzw. Erdölraffinationsverfahren als auch Teer-Sand-Bitumen- Verarbeitungsanlagen dar. Die mit der Residuaverar­ beitung verbundenen Probleme sind besonders groß in solchen Raffinerien, wo die geographische Lage keinen Verkauf von Koks oder Heizöl erlaubt. Die Asphalther­ stellung stößt oft auf ernsthafte Marktbeschränkungen, welche durch jahreszeitliche Veränderungen verschärft werden.

Obwohl Straight-Run-Vakuumresid oft als Primärresiduum betrachtet werden, welche für eine Aufbereitung oder Beseitigung berücksichtigt werden müssen, müssen ge­ crackte Rückstandsmaterialien, welche in üblichen Raffi­ nationsverfahren entstehen, ebenfalls in die Gesamt­ raffineriewirtschaftlichkeit einbezogen werden. Solche gecrackten Rückstandsmaterialien schließen FCC-Rück­ stände (Dekantöl (decant oil), geklärtes Öl, Schlammöl), thermische Teere, Pyrolyseteere und andere ähnliche Materialien ein. Der hier verwendete Ausdruck "Resid" bedeutet Straight-Run-Vakuumturmbodenprodukte, während gecrackte Rückstandsmaterialien als gecrackte Residua oder gecracktes Residuum im Falle eines einzelnen ge­ crackten Materials bezeichnet werden.

Gecrackte Residua stellen ein einzigartiges Problem dar. Sie sind hocharomatisch, enthalten oft suspendierte Feststoffe und haben üblicherweise einen höheren Schwe­ felgehalt als frische Materialien (virgin stocks) mit gleichem Siedebereich. Die Aromatizität schließt ihre Verarbeitung in Zeolith-katalysierten Crackeinheiten aus. Die suspendierten Partikel (feine Katalysatorteil­ chen oder Koksteilchen), welche in diesen Materialien vorliegen, führen dazu, daß die direkte katalytische Hydrover­ arbeitung unpraktisch ist aufgrund einer Katalysator­ deaktivierung und Bettverstopfungsproblemen. Der relativ hohe Schwefelgehalt der meisten dieser Ströme macht einen direkten Verkauf als Brennstoff unmöglich aufgrund von Umweltzwängen.

Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet eine Variation des Wasserstoffdonorverdünnungsmittelcrackens (hydrogen donor diluent cracking), um sowohl die Menge des Rückstandsmaterials, welches als Brennstoff und/oder Asphalt ausgetragen bzw. beseitigt werden muß, zu redu­ zieren als auch die gecrackten Residua in eine aufge­ arbeitete FCC-Beschickung oder einen Destillatbrennstoff mit niedrigem Schwefelgehalt umzuwandeln. Die den ge­ crackten Residua anhaftende Aromatizität wird vorteil­ haft verwendet.

Als nächstliegender Stand der Technik wird die US-PS 29 53 513 angesehen. Diese Patentschrift beschreibt das Grundverfahren des Wasserstoffdonorverdünnungsmittel­ crackens (HDDC) und schließt eine detaillierte Be­ schreibung der anwendbaren Betriebsbedingungen ein. Die Patentschrift beschreibt weiterhin ein- und zweistufige HDDC-Verfahrensweisen unter Verwendung einer Vakuum­ destillation des Donorcrackmaterials.

Die Patentschrift legt jedoch nicht die gemeinsame Verarbeitung von Straight-Vakuum-Resid mit einem gecrackten Residuum nahe und beschreibt kein Verfahren, bei dem ein ge­ cracktes Residuum, wie Dekantöl aus einer FCC-Einheit, als Teil des Donorverdünnungsmittels ohne das Aussetzen des Hydrierkatalysators einer Kontamination durch Fest­ stoffe, welche in dem Dekantöl mitgeführt werden, ver­ wendet werden kann. In dem erfindungsgemäßen Verfahren können gecrackte Residua mit Straight-Run-Vakuum-Resids zusammen verarbeitet werden, ohne daß der Hydrierkataly­ sator einer Kontamination von Feststoffen in den ge­ crackten Residua ausgesetzt wird.

Erfindungsgemäß wird eine Variation des HDDC-Verfahrens verwendet, um die Menge an Rückstandsmaterial, welches als Brennstoff oder Asphalt beseitigt werden muß, zu verringern und die gecrackten Residua in eine aufberei­ tete FCC-Beschickung oder einen niedrigschwefligen Destillatbrennstoff umzuwandeln.

Das erfindungsgemäße Verfahren reduziert die Gesamtmenge der Kohlenwasserstoffe, welche als geringwertige Pro­ dukte, wie Asphalt, Brennstofföl oder Brennstoffkoks, verwendet werden müssen, in großem Umfang.

Die Figur ist ein schematisches Flußdiagramm, welches das erfindungsgemäße Verfahren zeigt.

Wie in der Figur gezeigt, wird Straight-Run-Vakuum- Resid aus Leitung 10 mit Wasserstoffdonorverdünnungs­ mittel aus Leitung 12 vereinigt und in einen Crackofen 14 eingebracht, wo das Resid in leichtere Flüssigkei­ ten und Gase gecrackt wird. Die Betriebsbedingungen des Crackofens stellen kein neues Merkmal des Verfahrens dar und können jedwede geeignet Bedingungen sein, bei denen wenigstens 60 Vol.-% des 538°C+-Materials (1000°F+ Material) in Material, welches unterhlab 538°C (1000°F) siedet, umgewandelt werden. Üblicherweise ergeben ein Ofenüberdruck von 14,8 bis 68,9 Bar (200 bis 1000 psig) und eine Ofenauslaßtemperatur von 482 bis 538°C (900 bis 1000°F) das gewünschte Ergebnis. Ein gecracktes Residuum aus Leitung 16, wie Dekantöl, in einer Menge von 3 bis 100 Vol.-% des Straight-Run-Vakuum-Resids, enthal­ tend einen hohen Prozentsatz an aromatischen Komponen­ ten, wird mit Vakuumgasöl aus Leitung 18 vereinigt und zum Abschrecken des gecrackten Effluenten aus dem Crack­ ofen 14 verwendet. Die Menge des vereinigten Crack­ residiuums und des Vakuumgasöls ist ausreichend, um den Ofeneffluenten auf 427°C (800°F) oder niedriger zu kühlen.

Der vereinigte Reaktoreffluent und die abgeschreckte Flüssigkeit werden in einen Fraktionator (fractionator) 20 eingebracht, worin verschiedene Produktströme aus den Leitungen 22, 24, 26 wiedergewonnen werden, und ein Fraktionatorbodenproduktstrom wird in eine Vakuumdestil­ lationseinheit 28 eingebracht und in Vakuumgasöl und Rückstandsmaterial getrennt. Das Vakuumgasöl enthält aromatische Komponenten aus dem gecrackten Residuum und wird teilweise als Abschreckmaterial für den Ofenefflu­ enten verwendet und teilweise über Leitung 30 in einen Hydrierreaktor 32 geleitet, wo es mit Wasserstoff aus Leitung 34 vereinigt wird und auf bekannte Weise teil­ weise hydriert wird, um ein Wasserstoffdonorverdünnungs­ mittel zur Verwendung in dem Crackofen 14 zu ergeben. Ein Teil des teilweise hydrierten Verdünnungsmittels kann aus Leitung 36 als hydriertes Gasölprodukt mit ver­ ringertem Schwefelgehalt wiedergewonnen werden.

Das folgende Beispiel erläutert eine bevorzugte Ausfüh­ rungsform der Erfindung mit Bezug auf die Figur.

Beispiel I

10 000 Barrel pro Tag an Straight-Run-Vakuumresid werden über Leitung 10 in den Crackofen 14 eingebracht. Das Vakuumresid wird mit einem gleichen Volumen an teilweise hydriertem Donorverdünnungsmittel aus Leitung 12 vor dem Einleiten in den Crackofen gemischt. Der Ofen 14 wird bei einem Überdurck von 34,5 bar (500 psig) und einer Auslaßtemperatur von 510°C (950°F) so betrieben, daß 80 Vol.-% der 538°C+ (1000°F+)-Fraktion der Beschik­ kung in Produkte mit einem Siedepunkt unterhalb 538°C (1000°F) umgewandelt werden. Der Ofeneffluent wird auf 427°C (800°F) abgeschreckt mit einem Strom, umfassend 800 Barrel pro Tag an Fluid-katalytischem Crackdekantöl (fluid cat cracker decant oil) aus Leitung 16 vereinigt mit ausreichend Vakuumgasöl aus Leitung 18, um die 427°C (800°F) Abschrecktemperatur zu erreichen. Die Abschreckstufe verhindert bekanntlich eine Koksbildung am Ofenauslaß.

Der abgeschreckte Strom wird dann unter Druck reduziert, durch Wärmeaustausch auf 343°C (650°F) gekühlt und in den Fraktionator 20 eingebracht, um Gas- und Flüssig­ keitsproduktströme zu entfernen.

Der Bodenproduktstrom aus dem Fraktionator wird in den Vakuumturm 28 eingebracht, wo er in eine Vakuumgasöl­ fraktion (Nennsiedebereich 343 bis 538°C (650 bis 1000°F) und eine 538°C+ (1000°F+)-Fraktion getrennt wird. Die 538°C+ (1000°F+)-Fraktion kann als Brenn­ stofföl, Kohlesprühöl, Kokerbeschickung oder Asphalt­ basis verwendet werden. Das Volumen des 538°C+ (1000°F+)-Materials ist nicht mehr als die Summe aus 20 Vol.-% des 538°C+ (1000°F+) -Materials in der Straight- Run-Vakuumresidbeschickung und der 538°C+ (1000°F+)- Fraktion des Dekantöls.

Der Vakuumturm hat ebenfalls die Funktion, die Partikel­ feststoffe in dem Dekantöl zu trennen, so daß die Fest­ stoffe in dem Vakuumturm-Bodenproduktstrom konzentriert werden. Das Vakuumgasöl ist im wesentlichen ein von Feststoffen freier Strom, welcher, wenn er katalytisch mit Wasserstoff zur Bildung eines Donorverdünnungs­ mittels behandelt wird, keine Katalysatorbettverstop­ fungsprobleme ergibt.

Das Vakuumgasöl wird kondensiert und, wenn notwendig, um ein adäquates Abschrecken des Ofeneffluenten zu bewir­ ken, wird eine geringere Fraktion für diesen Zweck ver­ wendet. Der Hauptteil des Vakuumgasöls wird mit einem wasserstoffreichen Gasstrom aus Leitung 34 gemischt und katalytisch hydriert in dem Reaktor 32 über einem übli­ chen Nickel-Molybdän-auf-Aluminiumoxid-Katalysator bei 357°C (675°F), einem Überdruck von 51,7 Bar (750 psig) und einer Flüssigkeitsstundenraumgeschwindigkeit von 2. Es werden geeignete Hydrierbedingungen, wie bekannt, gewählt, so daß wenigstens ein Ring in den mehrringigen aromatischen Molekülen ungesättigt bleibt.

Die Zugabe von gecracktem Residuum, wie Dekantöl, ver­ stärkt die potentielle Wasserstoffdonorwirksamkeit des Vakuumgasölstroms durch das Beisteuern eines höheren Anteils an mehrringigen aromatischen Molekülen als aus dem Straight-Run-Vakuumresid alleine erhältlich wäre.

Eine größere Fraktion des hydrierten Gasöls wird rück­ geführt als Wasserstoffdonorverdünnungsmittel, um mit der frischen Straight-Run-Vakuumresidbeschickung ge­ mischt und in den Crackofen eingebracht zu werden. Eine geringere Fraktion des hydrierten Gasöls wird als Fluid- katalytische Crackbeschickung verwendet und teilweise in Benzin umgewandelt. Alternativ dazu kann dieses Gasöl als Brennstofföl mit geringem Schwefelgehalt verwendet werden. Die Schwefelmenge dieses Gasölstroms ist niedriger als aus den Hydrierbedingungen in Reaktor 32 zu erwarten ist aufgrund des Rückführens des Gasölstroms, welches eine wirksame Raumgeschwindigkeit in dem Hydrierreaktor er­ gibt, welche viel niedriger als die Geschwindigkeit in einem einzelnen Arbeitsgang ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren verringert die Gesamt­ menge der traditionell geringwertigen Produkte, wie Asphalt, Brennstoffkoks oder Rückstandsbrennstofföl, welche normalerweise aus Straight-Run-Vakuumresid er­ halten werden, sehr stark. Ungleiche Ströme, wie Straight-Run-Vakuumresid und gecrackte Residua können gleichzeitig verarbeitet werden, wobei ein Hauptteil der Produktströme in ihrer Qualität aufbereitet bzw. ver­ edelt werden.

Diese wesentlichen Merkmale des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens bestehen darin, daß Straight-Run-Vakuumresid donorgecrackt wird, wobei ein aromatisches gecracktes Residuum mit dem gecrackten Effluenten vereinigt und in Produktströme und einen Bodenproduktstrom getrennt wird, welcher in einen Vakuumturm eingebracht wird, wo reines Gasöl zur Hydrierung und Verwendung als Donorverdün­ nungsmittel hergestellt wird.

Claims (3)

1. Verfahren zum gleichzeitigen Verarbeiten von Straight-Run-Vakuumresid (Straight-Run-Vakuumturm­ bodenprodukte) und gecracktem Residuum, gekennzeich­ net durch

• a) Vereinigen eines teilweise hydrierten Donorver­ dünnungslösungsmittels mit dem Vakuumresid;
• b) Aussetzen des vereinigten Vakuumresids und Lösungmittels einem Wasserstoffdonorverdünnungs­ mittelcracken unter Bedingungen, bei denen wenig­ stens 60 Vol.-% der Fraktion des Resids, welche oberhalb 538°C (1000°F) siedet, in ein Material mit einem Siedepunkt unterhalb 538°C (1000°F) umgewandelt wird;
• c) Vereinigen des Effluenten aus der Donorlösungs­ mittelcrackstufe mit Abschreckmaterial, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus gecrackten Residua, Vakuumgasöl und Mischungen davon, in einer Menge, welche ausreichend ist, um eine Koksbildung an dem Donorverdünnungsmittelcrackofenauslaß im wesentli­ chen zu verhindern;
• d) Aussetzen des Effluenten und des Abschreck­ materials einer Fraktionierung, um destillierte Produkte und einen Fraktionatorbodenproduktstrom herzustellen;
• e) Aussetzen des Fraktionatorbodenproduktstroms einer Vakuumdestillation, um ein Rückstandsprodukt und einen Vakuumgasölstrom herzustellen;
• f) Aussetzen wenigstens eines Teils des Vakuumgasöl­ stroms einer katalytischen Hydrierstufe, um ein teilweise hydriertes Wasserstoffdonorverdünnungs­ mittelprodukt herzustellen; und
• g) Verwenden wenigstens eines Teils des teilweise hydrierten Wasserstoffdonorverdünnungsmittel­ produkts als Lösungsmittel in Stufe (a).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gecrackte Residuum aus der Gruppe, bestehend aus FCC-Rückständen, thermischen Teeren und Pyrolyse­ teeren, gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gecrackte Residuum Dekantöl ist.