用于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(fā)明提供一種針對與溶劑脫瀝青區(qū)相整合的水蒸氣熱解區(qū)、以允許直接加工原油原料以便生產(chǎn)包括烯烴和芳香族化合物的石油化學(xué)產(chǎn)品的方法。用于直接加工原油以便生產(chǎn)烯屬和芳香族石油化學(xué)產(chǎn)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(qū)，以便產(chǎn)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(chǎn)生混合的產(chǎn)物流；將所述混合的產(chǎn)物流分離；從所述分離的混合產(chǎn)物流回收烯烴和芳香族化合物；以及從所述分離的混合產(chǎn)物流回收熱解燃料油。
【專利說明】用于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(guān)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?zhí)?1/591，783的權(quán)益，所 述申請的公開內(nèi)容以引用的方式整體并入本文。
[0003] 發(fā)明背景 發(fā)明領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明涉及一種用于直接加工原油以生產(chǎn)石油化學(xué)產(chǎn)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(guān)技術(shù)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(xué)和化學(xué)工業(yè)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并且在不存在氧的情況下用于形成這些材料的主要類型的方法。用于 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 得性通常是有限的并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(jīng)使用重質(zhì)烴作為水蒸氣熱解反應(yīng)器的原料進行了研究。常規(guī)重質(zhì)烴熱解操 作中的主要缺點為焦炭形成。例如，用于重質(zhì)液體烴的水蒸氣裂解方法公開于美國專利號 4, 217, 204中，其中將熔鹽的霧狀物引入到水蒸氣裂解反應(yīng)區(qū)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?zhí)恐档陌⒗p質(zhì)原油的一個實例中，裂解設(shè)備能夠在存 在熔鹽的情況下持續(xù)操作624小時。在不添加熔鹽的對比實例中，水蒸氣裂解反應(yīng)器在僅 5小時之后由于反應(yīng)器中焦炭的形成而變得阻塞且不可操作。
[0008] 此外，使用重質(zhì)烴作為水蒸氣熱解反應(yīng)器的原料的烯烴和芳香族化合物的產(chǎn)率和 分布不同于使用輕質(zhì)烴原料的那些。重質(zhì)烴具有比輕質(zhì)烴高的芳香族化合物含量，如由較 高的美國礦務(wù)局關(guān)聯(lián)指數(shù)（BMCI)所指示的。BMCI是原料的芳香性的度量并且計算如下：
[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，并且
[0012] sp. gr.=原料的比重。
[0013] 隨著BMCI降低，乙烯產(chǎn)量預(yù)期增加。因此，對于水蒸氣熱解來說，高鏈烷烴或低芳 香族化合物進料通常是優(yōu)選的，從而獲得較高產(chǎn)率的所需烯烴并且避免較高的不需要的產(chǎn) 物和反應(yīng)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 了報道。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(zhì)烯烴。
[0015] 為了能夠響應(yīng)于對這些石油化學(xué)產(chǎn)品的增長的需求，能夠以較大量獲得的其它類 型的進料如原油對于生產(chǎn)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(xué)產(chǎn)品的生產(chǎn)中出現(xiàn)瓶頸現(xiàn)象的可能性。
[0016] 雖然水蒸氣熱解方法良好發(fā)展并且適合于其預(yù)定目的，但原料的選擇一直非常有 限。
[0017] 發(fā)明概述
[0018] 本文的系統(tǒng)和方法提供一種與溶劑脫浙青區(qū)整合的水蒸氣熱解區(qū)以便允許直接 加工原油原料來生產(chǎn)石油化學(xué)產(chǎn)品，包括烯烴和芳香族化合物。
[0019] 用于直接加工原油以生產(chǎn)烯屬和芳香族石油化學(xué)產(chǎn)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(qū)，以便產(chǎn)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(chǎn)生混合的產(chǎn)物流；將所述混合的產(chǎn)物流分離；從所述分離的混合產(chǎn)物流 回收烯烴和芳香族化合物；以及從所述分離的混合產(chǎn)物流回收熱解燃料油。
[0020] 如本文所用，術(shù)語"原油"應(yīng)被理解為包括來自常規(guī)來源的全原油、已經(jīng)經(jīng)歷一些 預(yù)處理的原油。術(shù)語原油還將被理解為包括已經(jīng)經(jīng)受水-油分離和/或氣-油分離和/或 脫鹽和/或穩(wěn)定化的原油。
[0021] 本發(fā)明的方法的其它方面、實施方案以及優(yōu)點在以下詳細討論。此外，應(yīng)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，并且旨在提供用于理解所要求 保護的特征和實施方案的性質(zhì)和特性的概觀或框架。附圖是說明性的并且被提供來進一步 理解本發(fā)明的方法的不同方面和實施方案。
[0022] 附圖簡述
[0023] 本發(fā)明將在以下并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；并且
[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(cè)視圖進行的示例性說明。
[0026] 發(fā)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(tǒng)的流程圖。所述整 合的系統(tǒng)包括溶劑脫浙青區(qū)、水蒸氣熱解區(qū)30以及產(chǎn)物分離區(qū)。
[0028] 溶劑脫浙青區(qū)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(qū)20以及分離器區(qū)23。
[0029] -級沉降器14包括用于接收包含進料流1和溶劑的組合流13的入口，溶劑可為 新鮮溶劑29、再循環(huán)溶劑12、再循環(huán)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還包括用于排出一級DA/DM0相15的出口和用于排出一級浙青相16的數(shù)個 管出口。二級沉降器17包括位于兩端用于接收一級DA/DM0相15的兩個T型分布器，用于 排出二級DA/DM0相19的出口，以及用于排出二級浙青相18的出口。DA/DM0分離區(qū)20包 括用于接收二級DA/DM0相19的入口，用于排出溶劑流12的出口，以及用于排出不含溶劑 的DA/DM0流21供用作流熱解區(qū)原料出口。分離容器23包括用于接收一級浙青相16的入 口，用于排出溶劑流24的出口，以及用于排出底部浙青相25的出口。
[0030] 水蒸氣熱解區(qū)30總體上包括對流段32和熱解段34,所述熱解段可以基于本領(lǐng)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可以是基于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-液體分離裝置通過并且參照圖2A至圖2C進行說明。蒸 氣-液體分離裝置的類似安排還描述于美國專利公布號2011/0247500中，所述專利以引用 的方式整體并入本文。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 等溫地并且在非常低的停留時間下操作。一般來說，蒸氣以環(huán)形模式渦旋以產(chǎn)生力，其中較 重的液滴和液體被捕獲并且引導(dǎo)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，并且蒸氣被引導(dǎo)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(diào)整近似溫度分界點，例如在某些實施方案中與殘余燃料油共混物相容，例 如約540°C。
[0032] 淬火區(qū)40包括與水蒸氣熱解區(qū)30的出口處于流體連通的入口、用于容許淬火溶 液42進入的入口、用于排出淬火的混合的產(chǎn)物流44的出口以及用于排出淬火溶液46的出 □。
[0033] -般來說，中間經(jīng)過淬火的混合的產(chǎn)物流44被轉(zhuǎn)化成中間產(chǎn)物流65和氫62,氫 在本發(fā)明方法中進行純化并且在加氫加工反應(yīng)區(qū)4中用作再循環(huán)氫氣流2。中間產(chǎn)物流 65通常在分離區(qū)70中分餾成最終產(chǎn)物和殘余物，所述分離區(qū)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(lǐng)域的普通技術(shù)人員所已 知的。例如，適合的設(shè)備描述于"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 用的方式并入本文。
[0034] 一般來說，產(chǎn)物分離區(qū)70包括與產(chǎn)物流65和多個產(chǎn)物出口 73至78處于流體連 通的入口，所述多個產(chǎn)物出口包括用于排出甲烷的出口 78、用于排出乙烯的出口 77、用于 排出丙烯的出口 76、用于排出丁二烯的出口 75、用于排出混合的丁烯的出口 74以及用于排 出熱解汽油的出口 73。此外，提供用于排出熱解燃料油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 并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(xiàn)場精煉廠中進行進一步 加工的低硫燃料油共混物。應(yīng)注意，雖然示出了六個產(chǎn)品出口，可以取決于（例如）所采用 的分離單元的安排以及產(chǎn)量和分布要求而提供更少或更多產(chǎn)品出口。
[0035] 在采用圖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。然后，將所得混合物13轉(zhuǎn)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，對于使用正丁烷的系統(tǒng)來說， 適合的溫度范圍為約60°C至150°C，且適合的壓力范圍為使得其在操作溫度下高于正丁烷 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(tǒng)中，適合的溫度 范圍為約60°C至約180°C，且再次適合的壓力范圍為使得其在操作溫度下高于正戊烷的蒸 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于第一沉降器 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(jīng)由位于一級沉降 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(jīng) 由位于一級沉降器14底部的數(shù)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 當最后的提取級。含有少量溶劑和DA/DM0的二級浙青相18從二級沉降器17排出并且再 循環(huán)回到一級沉降器14以便回收DA/DM0。獲得二級DA/DM0相19并且傳遞至DA/DM0分 離區(qū)20,以獲得溶劑流12和不含溶劑的DA/DM0流21。大于90wt%的裝料至沉降器的溶 齊IJ進入DA/DM0分離區(qū)20,所述分離區(qū)被設(shè)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,用于閃蒸分離溶劑流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(qū)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。溶劑的選擇取決于DA0的要求，以及最終產(chǎn)品的質(zhì)量和量。溶劑脫浙青區(qū)的操作條 件包括溫度為或低于溶劑的臨界點，溶劑與油比在2:1至50:1范圍中，并且壓力在有效維 持沉降器中的溶劑/進料混合物處于液態(tài)的范圍中。
[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）以去除任何剩余 的溶劑，并且為熱解進料流，其在存在有效量的水蒸氣（例如經(jīng)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(yù)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(jīng)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被排出作為適合于與熱解燃料油71共混的 燃料油組分。將剩余烴部分輸送至熱解段34以產(chǎn)生熱裂解的混合產(chǎn)物流39。
[0040] 水蒸氣熱解區(qū)30在有效于使DA/DM0流21裂解成所需產(chǎn)物（包括乙烯、丙烯、丁 二烯、混合的丁烯和熱解汽油）的參數(shù)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范圍中的溫度；對流段中0. 3:1至2:1范圍的 水蒸氣與烴比例；以及對流段中和熱解段中〇. 05秒至2秒范圍中的停留時間。
[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(jīng)濟的并且無需維護的，因為它不需要 電力或化學(xué)供應(yīng)。一般來說，裝置80包括三個端口，包括用于接收蒸氣-液體混合物的入 口端口、分別用于排出和收集所分離的蒸氣和液體的蒸氣出口端口和液體出口端口。裝置 80基于以下現(xiàn)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(yù)旋轉(zhuǎn)段轉(zhuǎn)化 成旋轉(zhuǎn)速度、用于使蒸氣與液體（殘余物）預(yù)分離的受控離心作用、以及用于促進蒸氣與液 體（殘余物）的分離的旋流作用。為了獲得這些作用，裝置80包括預(yù)旋轉(zhuǎn)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(yù)旋轉(zhuǎn)段88包括在截面（S1)與截面（S2)之間的受控的預(yù)旋轉(zhuǎn) 元件和與受控的旋流垂直段90連接并且位于截面（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(shè)備。根據(jù)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(quán)利要求】
1. 一種用于直接加工原油以生產(chǎn)烯屬和芳香族石油化學(xué)產(chǎn)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(qū)，以便產(chǎn)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(chǎn)生混合的產(chǎn) 物流； c. 將所述熱裂解的混合的產(chǎn)物流分離； d. 從所述分離的混合產(chǎn)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(chǎn)物流回收熱解燃料油。
2. 如權(quán)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(chǎn)物流； 使所述壓縮的熱裂解混合產(chǎn)物流經(jīng)受苛性堿處理以產(chǎn)生具有降低的硫化氫和二氧化 碳含量的熱裂解的混合產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)物流的剩 余部分獲得如步驟（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(quán)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(chǎn)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(quán)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(qū)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(qū)的熱解段，并且排出所述液體餾分。
5. 如權(quán)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(quán)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于物理和機械分離的蒸氣-液體分離裝置。
7. 如權(quán)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(yù)旋轉(zhuǎn)元件，所述進入部分具有用于接收所述流動的流體 混合物的入口和曲線形導(dǎo)管， 受控的旋流段，所述旋流段具有 通過所述曲線形導(dǎo)管和所述旋流段的會合點毗連至所述預(yù)旋轉(zhuǎn)元件的入口， 在所述旋流構(gòu)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(quán)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(huán)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(qū)，以獲 得再循環(huán)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，用于閃蒸分離另外的再循環(huán)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(qū)的進料。
9.如權(quán)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(yōu)先權(quán)日:2012年1月27日
【發(fā)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:沙特阿拉伯石油公司